Labo6-generador-de-vapor-1.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

EXPERIENCIA N° 6:

Generador de Vapor

DOCENTE:

Maldonado Rivera Arturo

CURSO:

Laboratorio de Ingeniería Mecánica 2

CICLO:

7º

SECCION:

“G”

ALUMNOS:

Cuya Huarajo, Gerson Michael Marin Quispe Eder Bejar Vega Angel Luciano Solorzano Crisostomo Jose Andres

FECHA DE ENSAYO:

15 de noviembre del 2018

FECHA DE ENTREGA:

22 de noviembre del 2018

20152119E 20134514C 20144513J 20150189F

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Índice 1. Introducción……………………………………………..…..…..….….. pág. 2 2. Fundamento teórico ……………………………………..………….…. pág. 3 3. Equipos a utilizar …................................................................................. pág. 9 4. Procedimiento ….………………………………………………….…... pág. 10 5. Cálculos………………………….…………………………………..… pág. 11 6. Resultados y Grafica….………….………………………………….… pág. 12 7. Observaciones y Conclusiones……………………………………..…... pág. 16 8. Referencias…………………………………………………………….... pág.17

ii 1. Introducción

Este informe tiene la finalidad de analizar el vapor generado, y realizar un balance térmico, teniendo en cuenta la importancia de aprovechar el consumo del combustible y la energía calorífica de la caldera. Esta experiencia nos ayudará a observar el funcionamiento de un generador de vapor o también llamado “CALDERA”, que contiene un quemador que ayudará a calentar el agua suministrada, hasta llegar al punto de ebullición, lo cual generará vapor que puede ser utilizado en el sector industrial y plantas generadoras de energía. Empezaremos definiendo que es un generador de vapor, y detallaremos sus partes principales lo cual servirán para entender su funcionamiento, así también obtendremos la eficiencia del generador utilizado en el laboratorio. Este ensayo conlleva errores la cual se dispone en nuestras conclusiones, hacemos mención al lector que este informe nos muestra la importancia del buen uso de los equipos y realizar mediciones correctas, para así poder llegar a un resultado óptimo

3

2. Fundamento teórico: 2.1. Generador de Vapor o caldera: Los generadores de vapor son dispositivos de ingeniería diseñados para generar vapor saturado (vapor a punto de condensarse) debido a una transferencia de calor cuya finalidad es convertir el agua en vapor a una presión y temperatura previamente determinada, proveniente de la transformación de la energía química del combustible mediante la combustión, en energía utilizable (calor), para luego transferirla al fluido de trabajo (agua en estado líquido), el cual la absorbe y cambia de fase (se convierte en vapor). El término de caldera ha sido por mucho tiempo utilizado y los dos términos se usan indistintamente. Es común la confusión entre los términos de caldera y generador de vapor, pero la diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado (vapor seco) y el otro genera vapor saturado (vapor húmedo).La producción de vapor a partir la combustión de combustibles fósiles se utiliza en todo tipo de industrias de transformación de materias primas y en las centrales termoeléctricas.

Fig. 1. Generador de vapor (Model SF-11)

4 2.2. Componentes de un generador de vapor Una unidad generadora de vapor consiste en: 2.2.1. Partes sometidas a presión: Existen ciertas partes que trabajan a presión, estas se pueden clasificar en:  Superficie de calefacción  Tanque de almacenamiento 2.2.2 Local de instalación: Lugar fisco en el cual se halla la unidad generadora

2.2.3 Equipo de combustión: Son todos los elementos que producen un cambio de estado en el agua a vapor, entre los cuales podemos encontrar:    

El quemador Reguladores de flujo de combustibles Reguladores de presión Bombas de inyección

2.2.4 Órganos auxiliares: Son elementos que complementa los equipos antes mencionados, tales como:         

Sopladores de Hollín: “ayudan a quitar los residuos de ceniza de carbón que quedan dentro de la caldera parte interna de la caldera” Presostato: “mantiene una presión optima en el proceso de ebullición” Desviadores de gases: dispositivo Indicadores de nivel Manómetros Termómetros Válvulas de seguridad Sensor de nivel de agua: Válvulas de alivio: “Su funcionamiento ayuda a regular la sobrepresión de la caldera”

5 2.3. Generadores de vapor más difundidos en nuestro medio: 2.3.1Generador de vapor Piro tubulares o de tubos de humo: En estas calderas los humos pasan por dentro de los tubos cediendo su calor al agua que los rodea. Los gases de combustión fluyen por el interior de los tubos de la caldera y al exterior se encuentra el agua; todo esto dentro de una carcaza 

Características Principales de las Calderas Pirotubulares Básicamente son recipientes metálicos, comúnmente de acero, de forma cilíndrica o semicilíndrica, atravesados por grupos de tubos por cuyo interior circulan los gases de combustión.

Por problemas de resistencia de materiales, su tamaño es limitado. Sus dimensiones alcanzan a 5 mts de diámetro y 10 mts. de largo. Se construyen para Flujos máximos de 20.000 Kg./h de vapor y sus presiones de trabajo no superan los 18 Kg./cm2.

Pueden producir agua caliente o vapor saturado. En el primer caso se les instala un estanque de expansión que permite absorber las dilataciones de agua. En el caso de vapor poseen un nivel de agua a 10 o 20 cm. sobre los tubos superiores.

Fig. 2. Generador de vapor pirotubular

6 2.3.2 Acuotubulares o de tubos de agua: El agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes que pasan por el exterior. Permiten generar grandes cantidades de vapor sobrecalentado a alta presión y alta temperatura, se usa en plantas térmicas para generar potencia mediante turbinas. 

Características Principales de las Calderas Acuotubulares Se componen por uno o más cilindros que almacenan el agua y vapor (colectores) unidos por tubos de pequeño diámetro por cuyo interior circula el agua.

Estas calderas son apropiadas cuando el requerimiento de vapor, en cantidad y calidad son altos.

Se construyen para capacidades mayores a 5.000 Kg./h de vapor (5 ton/h) con valores máximos en la actualidad de 2.000 ton/h. Permiten obtener vapor a temperaturas del orden de 550º C y presiones de 200kg/cm2 o más.

Fig. 3. Generador de vapor acuotubular

7 2.4 Riesgos de una caldera: 2.4.1 Aumento súbito de la presión: esto sucede generalmente cuando se disminuye el consumo de vapor, o cuando se descuida el operador y hay exceso de combustible en el hogar o cámara de combustión. 2.4.2 Descenso rápido de la presión: se debe al descuido del operador en la alimentación del fuego. 2.4.3 Descenso excesivo del nivel de agua: es la falla más grave que se puede presentar. si este nivel no ha descendido más allá del límite permitido y visible , bastará con alimentar rápidamente, pero si el nivel ha bajado demasiado y no es visible, en el tubo de nivel, deberá considerarse seca la caldera y proceder a quitar el fuego, cerrar el consumo de vapor y dejarla enfriar lentamente. antes de encenderla nuevamente, se deberá inspeccionarla en forma completa y detenida. 2.4.4 Explosiones: las explosiones de las calderas son desastres de gravedad extrema, que casi siempre ocasionan la muerte a cierto número de personas. la caldera se rasga, se hace pedazos, para dar salida a una masa de agua y vapor; los fragmentos de la caldera son arrojados a grandes distancias.

2.5 Revisiones y pruebas de condiciones de seguridad Para verificar las condiciones de seguridad de los generadores de vapor, éstos deberán ser sometidos a las siguientes revisiones y pruebas:

2.5.1 revisión interna y externa: para estas revisiones el propietario o usuario de la caldera la preparará como sigue: apagará sus fuegos, la dejará enfriar, la drenará, la abrirá y la limpiará completamente incluso los conductos de humo. 2.5.2 prueba hidráulica: la caldera se preparará para la prueba hidráulica en la siguiente forma:  se interrumpirán las conexiones a la caldera por medio de bridas ciegas (flanches ciegos) u otros medios que interrumpan en forma completa y segura todas las conexiones de vapor y agua, y que resistan la presión hidráulica a que se someterán.  se limpiará la cámara de combustión y se abrirán y se limpiarán los conductos de humo, de modo que la estructura metálica de la caldera sea accesible por todos sus lados

8  se retirarán las válvulas de seguridad y se colocarán tapones o flanches ciegos. en ningún caso se permitirá el aumento de la carga en la palanca o un aumento en la presión sobre el resorte de la válvula.  se llenará la caldera con agua hasta expulsar todo el aire de su interior, mediante un tubo de ventilación.  durante la prueba hidráulica se aplicará la presión en forma lenta y progresiva aumentándola uniformemente, sin exceder el valor fijado para la presión de prueba que debe resistir.  enseguida, se revisará la caldera para comprobar la existencia o ausencia de filtraciones o deformaciones en sus planchas.  se considerará que la caldera ha resistido la prueba hidráulica en forma satisfactoria cuando no haya filtración ni deformación de las planchas.  posteriormente se bajará la presión también en forma lenta y uniforme.

2.5.3 prueba con vapor: después de cada prueba hidráulica se realizará una prueba con vapor en la cual la válvula de seguridad se regulará a una presión de abertura que no exceda más de 6% sobre la presión máxima de trabajo de la caldera. 2.5.4 prueba de acumulación: la prueba de acumulación se realizará con la caldera funcionando a su máxima capacidad y con la válvula de consumo de vapor cerrada. en estas condiciones la válvula de seguridad deberá ser capaz de evacuar la totalidad del vapor sin sobrepasar en un 10% la presión máxima de trabajo del generador de vapor. 2.5.5 pruebas especiales: sin perjuicio de las pruebas prescritas en los artículos anteriores la autoridad sanitaria podrá solicitar que los generadores de vapor sean sometidos a pruebas especiales no destructivas, con el objeto de determinar calidad de planchas y soldaduras en calderas muy usadas o muy antiguas o en aquellas en que se hayan producido deformaciones o recalentamiento.

9 3. EQUIPOS A UTILIZAR

3.1 generador de vapor

3.2 Especificaciones del caldero

3.3 Medidor de caudal

3.4 Manómetro de Bourdon

3.4 Sistema de control de vapor

3.6 Tanque de agua

10

3.7 Tanque de aforo

3.8 Control de caudal de flujo

3.9 Cronómetro

3.10 Termómetro de GLP

4. Cálculos y Resultados

Punto

1

2

Presion caldero (psi) 100

Temperautra de vapor

T° gases de escape

Flujo(lb/h)

T° GLP

135

270.6 C°

98 120

22.5 C°

115 118

140

307.1 C° 299.8 C°

825 1050

22.5 C°

∆P GLP (inH20) 6.67

P comb(psi)

T1

T2

T3

18

2´35

10´28

2´55

6.56

18.2

-

-

2´70

11 Análisis de combustión en el caldero: Combustible: GLP %O2 %N2 %CO2 %CO

3,8 83,8 12 0,4

Ecuación de la combustión incompleta (referencia 100 moles): [𝐶𝑥 𝐻𝑦 ] + 𝑏[𝑂2 + 3.76𝑁2 ] → 12𝐶𝑂2 + 0.4𝐶𝑂 + 3.8𝑂2 + 83.8𝑁2 + 𝑔𝐻2 𝑂 𝑥 = 12 + 0.4 → 𝑥 = 12.4

Para el carbono:

𝑦 = 2×𝑔

Para el Hidrogeno:

2𝑏 = 24 + 0.4 + 3.8 × 2 + 𝑔 → 2𝑏 = 32 + 𝑔

Para el oxígeno:

7.52 × 𝑏 = 167.6 → 𝑏 = 22.2

Para el Nitrógeno:

2 × 22.2 = 32 + 𝑔 𝑔 = 12.4 Ecuación de combustión real 𝐶12.4 𝐻24.8 + 22.2[𝑂2 + 3.76𝑁2 ] → 12𝐶𝑂2 + 0.4𝐶𝑂 + 3.8𝑂2 + 83.8𝑁2 + 12.4𝐻2 𝑂

(𝑟𝑎/𝑐 )

𝑟𝑒𝑎𝑙

=

32 × 22.2 + 28 × 3.76 × 22.2 𝑙𝑏𝑠 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 17.6 12.4 × 12 + 24.8 × 1 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

Ecuación Estequiometria: 𝐶7 𝐻15 + 𝐴[𝑂2 + 3.76𝑁2 ] → 𝐵𝐶𝑂2 + 𝐶𝑁2 + 𝐷𝐻2 𝑂 7=𝐵

Para el carbono:

15 = 2 × 𝐷 → 𝐷 = 7.5

Para el Hidrogeno:

2𝐴 = 2𝐵 + 𝐷 → 𝐴 = 10.75

Para el oxígeno:

(𝑟𝑎/𝑐 ) Luego:

𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

=

32 × 𝐴 + 3.76 × 28 × 𝐴 𝑙𝑏 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 14.9 12 × 7 + 15 𝑙𝑏 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

12

%Exceso de aire =

(𝑟𝑎/𝑐 )

𝑟𝑒𝑎𝑙

−(𝑟𝑎/𝑐 )

(𝑟𝑎/𝑐 )

𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

𝑥100 =

𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

17.6−14.9 14.9

𝑥100 = 18.12%

Determinación del flujo de vapor El flujo de vapor en la tubería con placa orificio que ha sido considerado es mvB el cual representa el mayor flujo. Primera toma: 1650 𝑙𝑏𝑠 = 825 2 ℎ𝑟 𝑙𝑏𝑠 𝐾𝑔 = 825 = 0.1039 ℎ𝑟 𝑠

𝑚̇𝑣𝐵(𝑝𝑟𝑜𝑚) = 𝑚̇𝑣𝐵(𝑝𝑟𝑜𝑚) Segunda toma:

𝑙𝑏𝑠 ℎ𝑟 𝐾𝑔 = 0.118 𝑠

𝑚̇𝑣𝐵(𝑝𝑟𝑜𝑚) = 937.5 𝑚̇𝑣𝐵(𝑝𝑟𝑜𝑚)

Determinación del flujo de combustible (𝒎̇𝒄𝒐𝒎𝒃) ̇ 𝑉𝐺𝐿𝑃 =√

∆ℎ𝐻2𝑂 × 𝜌𝐻2𝑂 𝐴1 2 × 𝐴22 × 2𝑔 2 ) 𝜌𝐺𝐿𝑃 𝐴1 − 𝐴22

Donde: ∆ℎ𝐻2𝑂 = 𝑐𝑎í𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 (𝑚𝐻2𝑂 ) 𝑘𝑔𝑟 𝑚3 𝑘𝑔𝑟 𝜌𝐺𝐿𝑃 = 1.845 3 𝑚 𝑚 𝑔 = 9.81 2 𝑠 𝜌𝐻2𝑂 = 1000

𝐴1 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝐴2 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑑1 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (1′′) = 1" = 0.0254𝑚 1 𝑑2 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 (0.5′′) = " = 0.0127𝑚 2

𝑉𝐺𝐿𝑃 = (

̇ ∑ 𝑉𝐺𝐿𝑃 ̇ ) × 𝑡𝑖 (𝑚3 ) ) × 𝑡 (𝑚3 ) ≅ 𝑉𝐺𝐿𝑃𝑖 = (𝑉𝐺𝐿𝑃 𝑚

Reemplazando los datos se tiene:

13

𝑉̇𝐺𝐿𝑃1 = √

6.67 × 0.0254 × 1000 × 2 × 9.81 × (1.1875 × 107 ) = 0.0145 𝑚3/𝑠𝑒𝑔 1.845

6.6 × 0.0254 × 1000 𝑉̇𝐺𝐿𝑃3 = √ × 2 × 9.81 × (1.1875 × 107 ) = 0.0144 𝑚3/𝑠𝑒𝑔 1.845 # Punto 1 2 3

Tiempo (s) 155 628 cte

Reemplazando se obtiene: Ensayo 1: 𝑉𝐺𝐿𝑃1 = 0.0145 × 155 = 2.2475 𝑚3 𝑉𝐺𝐿𝑃 𝑚̇𝑐𝑜𝑚𝑏1 = 0.0145 × 1.845 = 0.0267 Kg/s Ensayo 2: 𝑉𝐺𝐿𝑃2 = 0.0144 × 628 = 9.0432 𝑚3 𝑉𝐺𝐿𝑃 𝑚̇𝑐𝑜𝑚𝑏2 = 0.0144 × 1.845 = 0.0265 Kg/s Cálculo del calor absorbido por el agua (Q1) Considerando el ciclo siguiente para el generador de vapor:

𝑄1 =

𝑚̇𝑣 × (ℎ2 − ℎ1 ) 𝑚̇𝑐

ENSAYO 1: ℎ2 = (ℎ𝑔 ) = 2746.4

𝐾𝐽 𝐾𝑔

Para T=299.6°F y P=53.13 PSI (tabla termodinámica) -->T=148.6 °C ; P=0.4736 MPa

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ℎ1 = (ℎ𝑓 ) = 632.18

𝐾𝐽 𝐾𝑔

Reemplazando se obtiene: 𝑄1 =

𝑚̇𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 0.1039 × (2746.4 − 632.18) = × (2746.4 − 632.18) = 15153.43 𝐾𝐽/𝑘𝑔 𝑚̇𝑐𝑜𝑚𝑏1 0.0145 ENSAYO2:

𝑄1 =

𝑚̇𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 0.118 × (2746.4 − 632.18) = × (2746.4 − 632.18) = 17324 𝐾𝐽/𝑘𝑔 𝑚̇𝑐𝑜𝑚𝑏2 0.0144

Calor perdido en los gases de escape (Q2) 𝑄2 = 𝑚𝑔 × 𝐶𝑝𝑔 × (𝑇𝑔 − 𝑇𝐵𝑆) Considerando los productos de la combustión: Teniendo en cuenta solamente los humos de los gases procedentes de dichos productos: mg 𝑚𝑔 = 44(%𝐶𝑂2 ) + 28(%𝐶𝑂) + 28(%𝑁2 ) + 32(%𝑂2 ) 𝑚𝑔 = 44(%𝐶𝑂2 ) + 28(%𝐶𝑂) + 28(100% − %𝐶𝑂2 − %𝐶𝑂 − %𝑂2 ) + 32(%𝑂2 ) 𝑚𝑔 = [16(%𝐶𝑂2 ) + 4(%𝑂2 ) + 2800]𝑙𝑏𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 Cantidad de carbono en los gases: 𝐶 = 12(%𝐶𝑂2 + %𝐶𝑂)𝑙𝑏𝑠 𝑑𝑒 𝐶 También se sabe que la composición del combustible en peso es: 85% 𝐶; 15% 𝐻

𝑚𝑔 =

16(%𝐶𝑂2 ) + 4(%𝑂2 ) + 2800𝑙𝑏𝑠𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑙𝑏𝑠𝐶 × 0.85 12(%𝐶𝑂2 + %𝐶𝑂)𝑙𝑏𝑠𝐶 𝑙𝑏𝑠𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠

𝑚𝑔 =

4(%𝐶𝑂2 ) + (%𝑂2 ) + 700 𝑙𝑏𝑠𝐶 × 0.85 3(%𝐶𝑂2 + %𝐶𝑂) 𝑙𝑏𝑠𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠

Reemplazando datos, tanto para la toma 1 y 2: 𝑚𝑔 =

4(12) + (3.8) + 700 × 0.85 3(12 + 0.4)

15

𝑚𝑔 = 20.20

𝑙𝑏𝑠𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑙𝑏𝑠𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

Se sabe que: TBS:74°F

Ensayo 1 Tg=255°C=491°F 𝑄2 = 20.20 × 0.24 × (491 − 74) = 2021.616 = 4703.227

𝐵𝑇𝑈 𝑙𝑏𝑠𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

𝐾𝐽 𝐾𝑔

Ensayo 2 Tg=270°C=518°F 𝑄2 = 20.20 × 0.24 × (518 − 74) = 2152.512 = 5006.742912

𝐵𝑇𝑈 𝑙𝑏𝑠𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

𝐾𝐽 𝐾𝑔

Calor perdido por evaporación del agua de formación (Q3) 𝑄3 = 9𝐻[𝐶𝑝𝑎𝑔 × (212 − 𝑇𝐶 ) + ℎ𝑓𝑔𝑝𝑝 + 𝐶𝑝𝑣(𝑇𝑔 − 212)] Consideramos: 𝐶𝑝𝑎𝑔 = 1 ℎ𝑓𝑔𝑝𝑝 = 970.3

𝐵𝑇𝑈 𝐾𝐽 = 2256.9178 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝐾𝑔

𝐶𝑝𝑣 = 0.46 Tc=75 𝐻=

%𝑃𝑒𝑠𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑔𝑒𝑛𝑜 12.4 × 2 = = 0.1428 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 12.4 × 12 + 24.8

Ensayo 1: 𝑄3 = 9 × 0.1428[1 × (212 − 75) + 970.3 + 0.46(491 − 212)] 𝑄3 = 1588.044

𝐵𝑇𝑈 𝐾𝐽 = 3694.5439 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝐾𝑔

16 Ensayo 2: 𝑄3 = 9 × 0.1428[1 × (212 − 75) + 970.3 + 0.46(518 − 212)] 𝑄3 = 1604.0067

𝐵𝑇𝑈 𝐾𝐽 = 3730.9195842 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝐾𝑔

Calor perdido por evaporación de humedad superficial del combustible (Q4) 𝑄4 = 𝑤(212 − 𝑇𝐶 ) + 970.3 + 0.46(𝑇𝑔 − 212) W = cantidad de humedad/lb de combustible. Q4 solo es significativo en combustibles sólidos. Por tanto para la toma 1 y 2: Q4 = 0. Calor perdido por combustión incompleta (Q5) Reacciones químicas de combustión: Reacción

Calor de combustión (BTU/lb comb)

𝟐𝑪 + 𝑶𝟐 → 𝟐𝑪𝑶

9210.96

𝑪 + 𝑶𝟐 → 𝑪𝑶𝟐

32912.9 %𝐶𝑂

𝑄5 = %𝐶𝑂

2 +%𝐶𝑂

𝑄5 =

𝐾𝐽

× (32912.9 − 9210.96) × 0.85 𝐾𝐺

0.4 𝐾𝐽 × 0.85 × (14150 − 3960) = 280 12 + 0.4 𝐾𝐺

Calor perdido por carbón no consumido y se halla presente en las cenizas (Q6) 𝑄6 = 14150 ×

𝑊𝑎 × 𝐶𝑎 𝑚̇𝑐

Donde: Wa = peso de ceniza recolectada por unidad de tiempo. mc = peso de combustible quemado por unidad de tiempo. Ca = peso de combustible en cenizas, es asumido como carbono. Por tanto, tanto para el ensayo 1 y 2: Q6 = 0. Calor perdido al calentamiento de la humedad del aire ambiental (Q7) 𝑄7 = 𝑀 × 𝐶𝑝𝑣 × (𝑇𝑔 − 𝑇𝐵𝑆) Dónde: M=Vapor de agua ambiental presente/lbs combustible

17 M=W (lbs de humedad/lbs de aire) x ra/c real ( lbs de aire/lbs de combustible) W=Relación de humedad con TBS y TBH en la carta sicrométrica. TBS=74°F TBH=65°F Entonces W=0.019lbs de vapor de agua/lbs de aire 𝑀 = 0.019

𝐶𝑝𝑣 = 0.46

𝑙𝑏𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑏𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 × 17.6 𝑙𝑏𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑙𝑏𝑠 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑀 = 0.334 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

𝐵𝑇𝑈 𝑙𝑏 × °𝐹

Ensayo 1: 𝑄7 = 0.334 × 0.46 × (491 − 74) 𝑄7 = 64.06

𝐵𝑇𝑈 𝐾𝐽 = 149.052 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝐾𝐺

Ensayo 2: 𝑄7 = 0.334 × 0.46 × (518 − 74) 𝑄7 = 68.2161

𝐵𝑇𝑈 𝐾𝐽 = 158.6706486 𝑙𝑏𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 𝐾𝐺

Calor perdido por radiación, convección y otros (Q8) 𝑖=7

𝑄8 = 𝑃𝐶𝐺𝐿𝑃 − ∑ 𝑄𝑖 𝑖=1

Dónde: 𝑃𝐶𝐺𝐿𝑃 = 44891.8

𝐾𝐽 𝐾𝐺

Ensayo 1: 𝑄8 = 44891 − (15153.43 + 4703.227 + 3694.5439 + 0 + 280 + 0 + 149.052) 𝑄8 = 20910.7471

𝐾𝐽 𝐾𝐺

Ensayo 2: 𝑄8 = 44891.8 − (17324 + 5006.7429 + 3730.919584 + 0 + 280 + 0 + 158.67) 𝑄8 = 18391.467516

𝐾𝐽 𝐾𝐺

18 Eficiencia del generador(n): 𝑛𝑇 =

𝑄1 𝑃𝐶𝐺𝐿𝑃

Para el ensayo 1: 𝑛𝑇 =

15153.43 = 33.75 % 44891.8

Para el ensayo 2: 𝑛𝑇 =

21565 = 38.59 % 44891.8

Evaporización equivalente (Ee): Evaporación equivalente que expresa las libras de agua que se pueden evaporar desde y hasta 212ºF 𝐸𝑒 = 𝑓𝑐 × 𝑚̇ 𝑣 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 1: 𝐸𝑒 = 1.18 × 825 𝐸𝑒 = 720.39

𝑙𝑏𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 122.602 gr/s ℎ𝑟

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 2: 𝐸𝑒 = 1.18 × 937.5 𝐸𝑒 = 1050.3

𝑙𝑏𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 139.24 𝑔𝑟/𝑠 ℎ𝑟

Esquema del balance térmico: caso 1: Absorbido por los gases (10.47%) Calor absorbido por agua en formación (8.23%) Calor absorbido por el Generador de vapor (33.75%) Calor suministrado por el combustible (100%)

Debido a comb. Incompleta (0.62%) Absorbido por ambiente (0.33%) Calor perdido por radiación y otros(46.58%)

19

caso 2: Absorbido por los gases (11.15%) Calor absorbido por agua en formación (8.31%) Calor absorbido por el Generador de vapor (38.59%) Calor suministrado por el combustible (100%)

Debido a comb. Incompleta (0.62%) Absorbido por ambiente (0.35%) Calor perdido por radiación y otros(40.978%)

5 Conclusiones

GERSON MICHAEL CUYA HUARAJO

20152119E



Las calderas o generadores de vapor contienen una eficiencia baja si no tiene un mantenimiento correcto, ya que dentro de ella se llena de partículas que perjudican la combustión completa



Cuando el generador de vapor trabaja a plena carga. el flujo de combustible permanece constante



Para que el trabajo del caldero sea eficiente es necesario llevarlo hasta una cierta temperatura de trabajo, para que la combustión que realice este en óptimas condiciones



Las pérdidas de calor que ocurren en el caldero puede deberse a la antigüedad del caldero.

MARIN QUISPE EDER

20134514C

20

 Se observa que para los dos ensayos las mayores pérdidas fueron por radiación convección y otros, estos fueron de 46.5% y 40.97% y es por esto que el caldero tiene una baja eficiencia (33% y 38%).  se observa que para el segundo ensayo la eficiencia aumenta en un 6% porque la razón mvapor/mcomb aumenta y por ende el Q1 aumenta también.

 Para el análisis de los gases de escape se consideró datos de guía de laboratorio ya que no se usó un analizador orzat.

BEJAR VEGA ANGEL LUCIANO 

20144513J

Un gran porcentaje de calor suministrado por el combustible es absorbido por el generador de vapor, lo cual indica que mantiene una eficiencia respecto al calor perdido.



Para trabajar a la presión necesaria, el tiempo de calentamiento del vapor debe ser alto.



No se trabajó el caldero a plena carga, solo con el 72.62% de su máximo.



Existen diversas formas de perder calor en un caldero, lo cual genera una gran pérdida total de calor

SOLORZANO CRISOSTOMO JOSE ANDRES 

20150189F

La eficiencia final es una buena eficiencia en comparación a otras máquinas térmicas.



El ciclo del es muy intermitente variando mucho su ciclo, y esto se puede deber a que la producción de vapor del caldero no estrictamente estable

21 o también a la bomba, la cual no se veía en buenas condiciones. 

La eficiencia es baja, ya que existen diversos tipos de pérdidas.

7. Bibliografía y referencias: [1] Flujo Interno. Laboratorio de Ingeniería mecánica 2 (EM -414), pp. 44-77 [2] THERMAL ENGINEERING LTDA. (2015). Tratamiento del agua para calderas. Santiago, Chile. Recuperado de http://norese.com/publicaciones/Tratamiento%20Agua%20Calderas.pdf

[3] Manual de calderas. (2015) Problema y tratamiento del agua de calderas. Recuperado de http://recursosbiblio.url.edu.gt/publicjlg/biblio_sin_paredes/fac_ing/Manu_cal d/cap/13.pdf

[4] Exposición de calderas (2014), Descripción de una caldera y sus partes, Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=jOoV8WAcmwM [5] Loja H. (2012) Interior de una caldera en operación. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=z3mQq_mrcBg