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• Pepita Perez II

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Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales Laboratorio de Ingeniería Química I Grupo 1 22 de septiembre de 2015 INFORME DE CALDERA

Julián Burbano Manuel Majé Fernanda Mora Valentina Naranjo Ronald Otavo Objetivos  

Conocer el método de operación y funcionamiento de una caldera a vapor. Mediante la medición de temperatura calcular el calor entregado por el equipo y su eficiencia.

Datos Obtenidos: Tabla 1: Datos De Temperatura Y Presión De La Caldera Para Cada Ciclo. N. CICLO Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3

Tipo Inicial Final Inicial Final Inicial Final

T Chimenea (|°C) 100 200 96 170 100 190

Presión Caldera psi 80 110 78 106 80 105

Tabla 2: Composición De Los Gases De Chimenea. O2 CO EFF CO2 T CHIM T AMB

4.2% 144 PPM 86.1% 12.5% 190°C 21.2 °C

EA NO NO2 NOX SO2 CO(0) NO (0) NO2(0) NOX(0) SO2 (0)

23% 24 PPM 2 PPM 26 PPM 0 PPM 181 PPM 30 PPM 3 PPM 32 PPM 0 PPM

Imagen 1. Dimensiones Del Tanque De Almacenamiento Del ACPM.

Imagen 2. Corte lateral de la Caldera

Muestra de Calculo: Para calcular la cantidad de vapor de agua saturada obtenida en la caldera, debemos realizar tres balances de energía. El primero un balance para el combustible donde tenemos el calor total generado por la combustión del ACPM. Este calor para el ACPM es igual a la capacidad Calorífica promedio del ACPM es de 45000 KJ/Kg. El segundo es un balance para determinar el calor perdido en el proceso sea por convección, radiación o calor que absorbe los componentes que se encuentran en el aire. En donde el calor perdido por convección y radiación normalmente es el 3% del calor suministrado por la combustión. Y el calor que obtienen los gases de chimenea es igual a la sumatoria de las entalpias por la composición. Por lo tanto el balance para el calor perdido es igual: n

Qperdido=∑ Xi∗Cpi∗∆ T +0.03∗Qtotal i :1

Y el tercer balance de materia se realiza con el fin de obtener el flujo de vapor producido, durante el tiempo de trabajo de caldera. En donde este calor suministrado es igual al flujo de agua por la entalpia del líquido a 25°C y la entalpia de vapor saturado a las presiones tomadas en el laboratorio.

´ Qsuministrado=Qtotal−Qperdido=m(hfv −hliq)

m= ´

Qtotal−Qperdido hfv−hliq

Por último vemos la potencia de la caldera la cual es calculada de la siguiente manera:

η=

Qtotal−Qperdido Qtotal

Tablas Y Gráficos De Resultados Cicl o 1

T° de Chimenea (°F) 175

T° Chimenea (°C) 352,594

de

Q perdido en Chimenea (KJ/Kg)

Q total (KJ/Kg)

perdido

Inicia 38,447 l Final 380 466,483 2 Inicia 220 377,594 33,596 l Final 379 465,928 3 Inicia 220 377,594 14,484 l Final 260 399,817 Tabla 3: Calor Total Perdido En La Caldera Por Cada Ciclo.

1388,447

Ciclo Q suministrado(KJ/Kg) Q suministrado(kJ/s) 1 43611,553 69,8555 2 43616,404 69,8633 3 43635,516 69,8939 Tabla 4: Calor Suministrado Y Eficiencia De La Caldera Por Ciclo.

Eficiencia teórica 0,969 0,969 0,970

P (bar)

1383,596

1364,484

Hfv (kJ/kg) 2 2706,2 2,5 2716,5 3 2724,9 3,5 2732 4 2738,4 4,5 2743,4 5 2748,1 5,5 2752,3 6 2756,1 6,5 2759,6 Tabla 5: Datos Para La Interpolación De La Entalpia De Vapor Saturado Vs La Presión.

P vs Hv 2780 2760

f(x) = 0.26x^3 - 4.96x^2 + 38.35x + 2647.33 R² = 1 PvsHv

2740

Polynomial (PvsHv)

2720 2700 2680 2660 1

2

3

4

5

6

7

Grafica 1: Regresión Polinómica Entre Entalpia De Vapor Saturado Vs La Presión.

Cicl o 1

Presión de Presión Caldera (psia) Caldera (psi) 57 42,2

Inicia l Final 107 92,2 2 Inicia 62 47,2 l Final 108 93,2 3 Inicia 63 48,2 l Final 80 65,2 Tabla 6: Flujo De Vapor Obtenido En La Caldera

Tabla 7: Datos Extra

Análisis Resultados:

y

de Presión Caldera (bar) 2,910

DATOS Cp agua líquida( kJ/ kg*K) Temperatura inicial del agua (ºC) Densidad ACPM(kg/m3) volumen de ACPM(m3) tiempo por ciclo (s) Vapor total generado(kg) eficiencia real porcentaje de error de eficiencia

2760,431714

Flujo de vapor(kg/s) 0,35917189

6,357 3,254

2954,086244 2776,253497

0,380625778

6,426 3,323

2958,966028 2779,489456

1,162778874

4,495

2838,762834

4,18 24,8 870 0,006628 3600 6849,27555 0,861 12,56046638 12,57298814 12,62231561

de Hfv (kJ/kg)

Discusión

De



La eficiencia teórica nos resulta supremamente interesante, donde el nos muestra que la gran parte del calor suministrado por el combustible, es aprovechado y transferido al agua, llevándola hasta el vapor saturado requerido.



Viendo los porcentajes de error en la eficiencia de la caldera es pequeña, lo cual nos indica que las pérdidas por radiación y convección de energía es más mayor del 3%.



El vapor generado en tres horas de trabajo de la caldera, es una gran proporción, el cual es suficiente para operar en evaporadores disponibles en el laboratorio.



En cada uno de los ciclos de la caldera se observa como el calor perdido y el calor suministrado tienen una tendencia constante, lo cual nos da a entender que se maneja una misma proporción de gasto de combustible y para una misma cantidad de vapor producido, aunque se ve una pequeña variación en el último ciclo.



En la caldera podemos ver un fenómeno de retención de gases de chimenea y de vapor de agua, por lo cual se tienen en cuenta en los balances de energía, para tener de manera fija la cantidad de vapor producido por el sistema, además estos vapores y gases nos proporcionan una disminución en la eficiencia de la caldera. Ya que se transfieren calor del gas a liquido.



El calor perdido por los gases de chimenea es muy pequeño comparado con el calor perdido por radiación y convección, en donde la perdida de es aproximadamente de 36 veces el calor perdido por calentamiento de gases inertes.

Bibliografía: 1.http://apuntescientificos.org/PDF/tablas-y-diagramas.pdf 2. http://www.tecnicombustibles.com/Ficha%20Tecnica%20ACPM.pdf 3.http://encyclopedia.airliquide.com/encyclopedia.asp? LanguageID=9&CountryID=19&Formula=&GasID=44&UNNumber=&EquivGasID=25&RD20=2 9&RD9=8&RD6=64&RD4=2&RD3=22&RD8=27&RD2=20&RD18=41&RD7=18&RD13=71&R D16=35&RD12=31&RD19=34&RD24=62&RD25=77&RD26=78&RD28=81&RD29=82