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PRÁCTICA PLANTA TÉRMICA ECCI MÁQUINAS TÉRMICAS

XXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXX KEVIN IVAN CEDEÑO MEDINA EDILBERTO MAYORGA PEÑA

PRESENTADO A: ING. VLADIMIR SILVA

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES BOGOTÁ D.C 11 DE NOVIEMBRE DE 2016

OBJETIVOS



Conocer el funcionamiento de los diferentes componentes que conforman la planta térmica.



Analizar las reacciones que se presentan en la planta térmica por medio de cálculos cuando experimentamos trabajo a razón de la energía que la caldera produce.



Calcular la eficiencia que tiene la planta térmica por medio de los cálculos con los datos obtenidos en la práctica.

INTRODUCCIÓN

Técnicamente la planta térmica puede definirse como un aparato a presión en el cual el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en utilizable, como lo es en el caso del laboratorio, en vapor. Estas son instalaciones industriales que, al aplicar el calor de un combustible líquido, para nuestro caso ACPM vaporizan el agua para múltiples aplicaciones. El combustible se almacena en depósitos, donde se suministra la central, pasa por la caldera y ahí es donde provoca la combustión. Siglos pasados las calderas solo tenían como función actividades como teñir ropa, producir vapor para limpieza, etc. Hasta que apareció la marmita donde se utilizó vapor para intentar mover la primera máquina homónima lo cual a razón de utilizar vapor húmedo el periodo útil era corto. La máquina de vapor fue inventada por el señor Papin en el año 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. En un comienzo fueron maquinas destinadas a accionar bombas de agua, de cilindros verticales. Y a partir de este punto se impulsa la revolución industrial con estas plantas térmicas. Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido utilizadas durante un largo tiempo como agente motor pero han perdido terreno a causa de las turbinas. El mayor peso por Kw y la baja velocidad es una de las desventajas de igual forma presenta la necesidad de un espacio mayor para la instalación para usar vapor a alta temperatura.

Por ello la necesidad de que presenta por reducir el consumo de energía y por ende las emisiones contaminantes, sin afectar el confort de las personas, lo que se busca diariamente es innovar productos màs eficientes en donde en el caso de la caldera el estudio para esta causa se basa en el aprovechamiento del calor de condensación del agua del humo para alcanzar un incremento cerca al 25% respecto a las calderas tradicionales (operadas con otros combustibles).

MARCO TEORICO Las calderas térmicas se utilizan con el fin de generar energía en forma de vapor, el cual se origina de un proceso térmico que cambia de fase al combustible inicial que en este caso es agua, además de esto, la caldera tiene gran cantidad de aplicaciones en las que la formación de vapor es fundamental para llevar a cabo un proceso químico. En una planta industrial no es extraño que las calderas industriales sirvan para muchas aplicaciones; por ejemplo, en un molino de pulpa de papel, el calentador de recuperación química se emplea para convertir el licor negro en sustancias químicas útiles y de esta manera generar vapor para el proceso. En la misma planta una unidad de combustión de corteza recupera calor del material de desperdicio y genera también energía. Las calderas industriales queman petróleo, gas, carbón y una amplia variedad de productos y/ó subproductos. [1] Las estadísticas actuales muestran que la combustión del carbón pulverizado es la selección más apropiada para calderas grandes, cuya capacidad es superior a 113398 kg/h. Para calderas de capacidad media, es decir, de 45359 a 113398 kg/h la selección dominante es respecto a las alimentadas mecánicamente, aunque se está incrementando el empleo de calderas que queman carbón pulverizado, ya que su mayor eficiencia térmica las hace atractivas en el límite superior del intervalo de capacidad media. [1] El factor más importante que debe considerarse cuando se comparan las calderas alimentadas mecánicamente por fogonero y las que queman carbón pulverizado es la reducción de la eficiencia debido a la perdida de carbono. Una caldera de carbón pulverizado bien diseñada puede mantener una pérdida de eficiencia debido a que el carbono no quemado es menor a 0.4%. [2] En una unidad de combustión alimentada mecánicamente por un alimentador distribuidor donde existe una continua descarga de cenizas, la perdida de carbono usual será de 4 a 8%, dependiendo de la cantidad de reinyección que se logra. [2]

DESCRIPCION DE LA CALDERA La caldera de vapor es marca Tecnik de combustible Diesel de 15 BHP con una presión de diseño de 150psi, una presión de operación de 125psi. Además, la planta térmica se clasifica como una caldera pirotubular de un paso puesto que el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente y es atravesado por tubos, por los cuales circulan los gases producto de la combustión que se genera en el hogar. Esta es refrigerada por agua la cual dispone de seguridad y elementos de control, bombas y tanques de alimentación de agua y además retorno de condensados. La calidad del agua al ser una caldera pirtubular tiene unas menores exigencias y la funcionalidad es posible con salinidad del agua, además el mantenimiento de la planta térmica es de relativa facilidad siempre y cuando se le realicen revisiones periódicas tales como la inspección ordinaria, seguida de una prueba hidrostática y en ocasiones son necesarias pruebas de carácter no destructivo como las mediciones con ultrasonido en zonas reducidas. El rendimiento a comparación de las calderas acuotubulares es mayor al igual que el contenido de agua debido al diseño de esta. Respecto al funcionamiento de la planta térmica (caldera pirotubular) el fluido de alimentación (agua) que va a la caldera es almacenada en el deposito el cual tiene la capacidad suficiente para el funcionamiento de la misma. De esta manera la válvula de control mantiene el fluido en el deposito mencionado, a la misma vez la bomba de presión alta empuja el fluido hacia la parte interna de la caldera por medio de las tuberías , al mismo tiempo se va dando la combustión en el hogar (descripción del funcionamiento de este màs adelante), esta combustión es posible visualizarla gracias a mirador que se encuentra en la parte inferior de la caldera, de esta forma el funcionamiento del quemador es posible visualizar la flama ejercida por esta misma. El quemador es controlado automáticamente para dar paso al combustible (ACPM) específico en cuanto a cantidad se requiere. El calor es dirigido y distribuido a las superficies de calentamiento como las tuberías en donde la energía térmica liberada a causa del proceso de combustión se transmite al agua contenida en los tubos, donde por medio de los procesos de convección, radiación y conducción el agua cambia de estado y pasa a vapor, este vapor es conducido por tuberías a los puntos de uso y de igual forma es colectado en las cámaras de distribución. En la parte superior de la caldera se encuentra una chimenea que se dirige a la parte externa de la sede para conducir los gases y los humos producidos por la combustión. En la parte del fondo de la caldera se encuentra la válvula de salida la cual la nombramos como válvula de purga, válvula por la cual se le da salida a la mayoría de sustancias no deseadas como polvos o lodos. Además, en la caldera

de la universidad y en las demás, claro, podemos encontrar controles de seguridad para aliviar la presión si esta se eleva de una manera no deseada y de igual forma se cuenta con unos comandos que nos señalan el funcionamiento de la caldera de forma explícita en cada operación como se puede reflejar en la siguiente figura.

DIAGRAMA PLANTA

PROCEDIMIENTO La caldera es encendida y estabilizada hasta su presión de suministro de vapor en un intervalo de operación de la misma de 95 psig a 105 psig. La práctica puede ser iniciada tan pronto como la unidad esté en condiciones estables de suministro de vapor. El tiempo requerido para alcanzar la estabilización o equilibrio con respecto a la presión y temperaturas, es de media hora como mínimo en esta planta, ya que es de un tamaño pequeño. Las variables del proceso (presiones y temperaturas) en la planta térmica deben mantenerse estables durante toda la práctica. La temperatura de los gases de chimenea se mide a partir del momento en que enciende el quemador y durante cada 5 segundos hasta que el quemador se apague. Las cantidades acumulativas medidas (combustible y agua de alimentación), deben ser tomadas durante el tiempo que dure la práctica (aproximadamente 4 ciclos), para tratar de minimizar los posibles errores de medición ya que la caldera es del tipo on/off y por lo tanto no alimenta agua ni combustible en todo momento. Para obtener el flujo de combustible en lb/h durante el tiempo que dure la práctica, debe medirse el volumen de combustible consumido en el tanque volumétrico y

dividir por el tiempo en horas (tiempo de duración de la práctica). El diámetro del tanque es de 19.3 cm La medida del flujo de agua en lb/h, se hace tomando la lectura en el contador que se encuentra en la línea de suministro de agua, en el momento de iniciar la práctica y al momento de finalizar ésta. Este valor se corrige con el cambio de nivel tanto en el tanque de alimentación de agua a la caldera, como en la caldera misma, que se observe, durante el periodo de tiempo que dure la práctica. Las condiciones de prueba de esta práctica están determinadas por la demanda de vapor. La unidad generadora de electricidad debe estar trabajando a carga máxima, con presión de vapor vivo en la línea de 75 psig y trabajando con vapor saturado. El tiempo total de la práctica se mide desde el momento en que se enciende el quemador hasta el momento en que se enciende nuevamente el quemador en el quinto ciclo.

Partes de la caldera

HOGAR: Es la cámara donde se efectúa la combustión por lo cual puede resistir altas temperaturas, las dimensiones de este espacio, al igual que la geometría se adapta a la velocidad de liberación del calor, el tipo de combustible y el método de combustión para poder efectuar una combustión completa.

INTERCAMBIADOR DE CALOR: Es el elemento que actúa como interfase para el intercambio del calor entre los gases calientes generados en la combustión y el fluido caloportante (agua).

DEPOSITO DE COMBUSTIBLE: Es el recipiente donde se almacena el combustible líquido (ACPM) con el cual la planta térmica operará.

DISTRIBUIDOR DE VAPOR: El sistema de distribución de vapor incluye todas las tuberías de distribución de vapor tanto principales como secundarias; las tuberías de retorno y todos los accesorios necesarios para el suministro de vapor a todas las instalaciones del Hospital en que se requiera.

VALVULA PID: Es un mecanismo de control por realimentación ampliamente usado en sistemas de control industrial. Este calcula la desviación o error entre un valor medido y un valor deseado.

SUAVIZADORDE INTERCAMBIO: También llamado ablandador en un dispositivo que, por medios mecánicos, químicos y/electrónicos trata el agua para reducir el contenido de sales minerales y sus incrustaciones en tuberías y depósitos de agua.

BANCO DE PRUEBA: por medio de los bombillos ilustrados en las imagenes se reflejaba el trabajo elaborado por la caldera, encendiendo durante periodos de tiempos determinados con una secuencia variable.

TURBINA: Es una turbo máquina motora, la cual transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo y el rodete.

QUEMADOR: La pieza más esencial de cualquier caldera es el quemador. Esta es la sección en donde la fuente de combustible, ya sea gas natural o algún otro combustible, se calienta. Una vez que se consigue la combustión, el aire caliente o fuego real se pone en el pirotubo. TUBERÍAS: Los tubos se alejan de la caldera pirotubular y transportan el agua caliente/vapor. En un sistema abierto, estos tubos descargarán agua/vapor a otro lugar alejado de la caldera. En un sistema cerrado, sin embargo, estos tubos actúan como venas y traen el agua calentada/vapor de agua completando el círculo de nuevo al depósito. SISTEMAS AUXILIARES: se trata de los elementos de control y seguridad de la caldera, que evitan en todo momento las situaciones de funcionamiento peligroso o anormal de la instalación. SOBRECALENTADOR: consigue incrementar la temperatura de salida del vapor por encima de su temperatura de saturación. De esta forma obtenemos un vapor sobrecalentado a alta temperatura. BOMBA: Es el dispositivo que transforma la energía con la que es accionada en energía del fluido incompresible que mueve. TANQUE DE CONDENSADOS: Es aquel recipiente que tiene la capacidad de almacenar el condensado resultante del sistema generador de vapor. De igual forma sirve para suministrar el agua de alimentación al generador de vapor. El agua de aportación del sistema se añade al tanque de condensados donde se precalienta y se mezcla con los productos de tratamiento químico.

TANQUE DE AGUA CALIENTE Y AGUA FRÍA: Son recipientes en los cuales se almacenan el fluido a temperaturas determinadas. INTERCAMBIADOR DE PLACAS: Está formado por placas en acero inoxidable que se montan una tras otra, de manera que formen los canales por donde pasan los fluidos. CONCLUSIONES 

El uso de calentadores en el proceso de la planta térmica produce un aumento en la eficiencia del proceso del ciclo Rankine de una manera considerable y por parte de los factores que reducen la eficiencia de esta concluimos que son las irreversibilidades en la turbina y en la bomba a causa de las caídas de presión y las pérdidas de calor en la caldera y las fricciones del fluido en el condensador.

BIBLIOGRAFIA GOODING GARAVITO, Nestor. Operaciones Unitarias II: Manual de Prácticas 1 ed. Santafé de Bogotá; Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería. 1998. Pág. 109-137.

SHIELD, Carl. Calderas: Tipos, Características y sus funciones. 1ed. México: Continental, 198. Pág. 20-72 [1] PERRY, Robert; GREEN ,Don y MALONEY, James. Perry: Manual del Ingeniero Químico.6ed. México: Mc Graw Hill,1998. Vol III, Pág. 9-72 a 9-83. ISBN 468-422973-9 [2] MC.CABE, Warren; SMITH, Julian; HARRIOTT, Peter. Operaciones unitarias en ingeniería química. Mc Graw Hill, 1991, cuarta edición. Sección 3.