238202481 Informe Final Simulink Caldera

8/15/2019 238202481 Informe Final Simulink Caldera

1/32

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECANICAS

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICASISTEMAS TERMICOS I

SIMULACION PARA EL ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNACALDERA PIROTUBULAR

Ana Carolina Medina2062617

Weiar Ed!ardo Man"illa 2070#1$O%&ar Ar'!ello 20(#0()

Ger%on Ed!ardo *ian&+a 2061,71Ed-in Ferne. /!in"ero

20702#1

+""%---3.o!"!4e3&o-a"&+5"')8OT!R-%

INTRODUCCION

Median"e ro'raa&i9n 'ra:&a en %i!lin8 . la !"ili;a&i9n de o"ro%

ar


2/32

4o4a de alien"a&i9n . &!ando %! re%i9n del aor +a al&an;ado lo%,00 Ha3

MODELAMIENTO MATEMATICO

Variables de entrada:

´Qtotal : Calor proveniente del

quemador (función previamentehallada)

ḿa¿ : Flujo másico de agua entrante

ha¿ : Entalpia del agua entrante

ḿv out : Flujo másico de vapor saliente

hvout : Entalpia del vapor saliente


3/32

Variables en la caldera:

P : Presión en el interior de la

caldera

ma : Masa de agua en el interior de

la caldera

mv : Masa de vapor en el interior de

la caldera

ha : Entalpia de la masa de agua en

el interior de la caldera

mav : Masa de agua que se evapora

t : Tiempo

hv : Entalpia del vapor en el interior

de la caldera

V : Volumen total de la caldera

V a : Volumen de agua en la caldera

V v : Volumen de vapor en la caldera

va : Volumen especiico del agua

v v : Volumen especiico del vapor


4/32

!alance "lo#al de energ$a del volumen de control:

Q́t + ḿae∗hae− ḿvs∗hvs=d ( H v+ H a )

dt

¿d (mv∗hv )

dt +

d ( ma∗ha )dt

=d mv

dt ∗hv+

mv∗d hvdt

+d ma

dt ha+

ma∗d hadt

¿ d mv

dt

∗hv+

mv∗d hvdT

∗dT

dt

+d ma

dt

∗ha+

ma∗d hadT

∗dT

dt

dmv

dt ∗hv+

dma

dt ∗ha+

dT

dt ∗(mv∗d hvdT +

ma∗dhadT )

Q́t + ḿae∗hae− ḿvs∗hvs=d mv

dt ∗hv+

dma

dt ∗ha+

dT

dt ∗(

mv∗d hvdT

+ma∗d hadT )

%ado como resultado la ecuación &:

dmvdt

=[ Q́t + ḿae∗hae− ḿvs∗hvs−

d ma

dt ∗ha−

dT

dt ∗(mv∗d hvdT +

ma∗d hadT )]∗1

hv(1)

!alance de masa de agua:

ḿae− ḿav=d ma

dt (2)

Volumen de caldera constante:


5/32

V =V a+V v=ma∗va+mv∗vvdV

dt =0=

va∗d madt

+d va

dt ∗ma+

dmv

dt ∗vv+

mv∗d v vdt

=¿

va∗dmadt

+dmv

dt ∗vv+

mv

∗d vv

dT ∗dT

dt +

ma

∗d va

dT ∗dT

dt

%espejando:

dT

dt =

−1mv∗dvvdT

+ma∗d va

dT

∗( va∗d madt +dmv

dt ∗vv)(3)

'as ecuaciones & * en general depende de las condiciones in$ciales de

ma ,mv , P igualmente que sus respectivas variaciones en el tiempo

dma

dt ,d mv

dt ,dp

dt +

PARÁMETROS INICIALES

Ade


6/32

EESB donde %e eri"e ariar la 'eoe"ra de la &aldera %e'n el =a4ri&an"e

. de"erinar la% &ondi&ione% ini&iale%3

Se adjunta los respectivos clculos en el arc!ivo EES

Sele&&i9n de la &aldera . lo% da"o% ad!irido% ara del &a"


7/32

• Ma%a "o"al ini&ial

mt =1913,226 [kg]

• @re%i9n ini&ial

P=450[kpa]

REQUERIMIENTOS DE LA CALDERA

En el 4lo!e Si"nal Builder B %e &on%"r!.9 la %i'!ien"e 'ra:&a de Con%!o

de Vaor &on"ra el "ieoB %i!lando el re!eriien"o real ara &aldera3

Figura 1. Con%!o +orario de aor en 8'% % "ieo en %e'!ndo%

El &on%!o de aor e% !n ar


8/32

En el 4lo!e E#$edded MATLAB %unction %e in"rod!Jo el &9di'o delro'raa !e reali;a el &on"rol . de"erina el =!n&ionaien"o de la &aldera3

En el 4lo!e de Me#or& B donde %e '!arda el alor del e%"ado an"eriorB %e

e%"a4le&i9 !n alor ini&ial de 0B ara !e el ro'raa arran&ara

&on%iderando la 4o4a &oo aa'adaB o 1 ara &on%iderar &aldera

en&endida3

En el 4lo!e de Inte"rador B eri"i9 %!ar "odo% lo% di=eren&iale% de

&on%!o de aor de la &alderaB eleando el 4lo!e Ra#pa'

e%"a4le&iendo !na endien"e de 1B %e reali;9 !na analo'a del aneJo del

"ieo de %i!la&i9nB ara "ener &on"rol %o4re el "ieo del en&endido de

la 4o4a3

El 4lo!e Mu( %e ele9 ara !nir la% 'r


9/32

Al i"ual )ue en el pro"ra#a del calculo del calor util se "eneraron

unas tendencias de las propiedades' las cuales posterior#ente se

derivaron para reali*ar los $alances de ener"ia correspondientes &

sus variaciones respecto a la te#peratura+

Se rali;o el 4alan&e de a%a &on e%"a% =!n&ione% ara oder &on"rolar elin're%o de a'!a a la &laderaB la% =!n&ione% . el &on"rol %e !e%"ran a

&on"in!a&ion3


10/32

En cuanto a las ,unciones )ue representan cada caldera' estas

,ueron o$tenidas del pro"ra#a en #atla$ atraves de clculos de

calor para di,erentes presiones de ,unciona#iento &

posterior#ente para dic!os datos arrojados se "ener- una ,unci-n

de dependencia ' la cual o$serva#os para cada una de las caldera

en la pro"ra#aci-n+

L!e'o de reali;ar el 4alan&e de a%a . &ono&er a%a de a'!a eaorada

%e reali;a el &on"rol de niel edian"e el %i'!ien"e %!4%i%"ea

Figura 3. Dia'raa ara el &on"rol de niel

Donde el 4lo!e de &on"rol &on"iene el %i'!ien"e &9di'o

Figura 4. @ro'raa&i9n del &on"rol de niel


11/32

Lo% o"ro% %!4%i%"ea% !%ado% en la ro'raa&i9n %on oera&ione%

a"e


12/32

@ara o4%erar . anali;ar el &oor"aien"o de la &aldera %e 'ra:&aron

di%"in"o% ar


13/32

La% &aldera% a %i!lar an a %er ro4ada% &on e%"o% re!eriien"o% de

aor %iendo la %eal 1 la ra"a de aor ori'inalen"e ei'ida or el

ro4lea lan"eado3

La% 'r


14/32

Figura !. F!n&ionaien"o de la Caldera

En e%"a 'ra:&a %e o4%era el &oor"aien"o 'eneral de lo% di%"in"o% ar


15/32

La 'ra:&a de re!eriien"o de aor . el en&endido de la 4o4a "ienen 'anan&ia% ara o4%erarla% en la i%a e%&ala

. a% oder &oararla%3

Figura "3 Con"rol de @re%i9n ),0 a 600 H@a

Aa'adoEn&endido


16/32

El !n"o de &on"rol de la re%i9n nia de la &aldera e%"< !4i&ada en ),0 HaB &!ando la re%i9n lle'!e a e%"e alor el

!eador %e de4e en&enderB %!ini%"r


17/32

C!ando en la &aldera +a. !n %!ini%"ro de a'!a de reo%i&i9nB de4ido a !e e%"a en"ra &on !na "eera"!ra enor .

&on %! re%e&"ia en"aliaB o&a%iona !n &a4io en el e%"ado del %i%"eaB o&a%ionando !na e!ea &ada de re%i9n3 En

la 'r


18/32

A edida !e la &aldera %!ini%"ra


19/32


20/32

&oor"aien"o de la &aldera e% el ade&!ado3 En la 'r


21/32

Se o4%era &oo la &aldera &!ando lo% re!eriien"o% de aor %on enore% a lo% de di%eo "ra4aJa %o4radaB e% de&ir

en&iende !. o&a% e&e% el !eador de la &aldera al i'!al la 4o4a de reo&i&ion de a'!aB !e e% lo !e %e

e%eraria3

Figura 14. ALTO RE/UERIMIENTO


22/32

Con lo% re!eriien"o% de aor al"o%B la &aldera no e% &aa; de an"ener %! re%i9nB or el &on"rario de%&iendedea%iado a% la &aldera e%"e en&endida . %!ini%"rando &alor r


23/32


24/32

Para )$ri*+ar $, -u+i(a/i$&( '$ ,a +a,'$ra %$ r$a,i0 ua %i/u,a+i +( ,(% )a,(r$% (/ia,$% '$ )a(r+a,(r r$%i

Figura 163 F!n&ionaien"o ara el Fl!Jo Noinal de la Caldera

Re!eriien"o noinal de

@re%ionOnO *o4a OnO Caldera


25/32

De la =!n&i9n re%e&"ia de la &alderaB ara e%"e &a%o la Caldera $0B +allao% el &alor "ran%=erido ara !na re%i9n :JaB

de all de"erinao% el !Jo de aor noinal !e la &aldera !ede %!ini%"rarB . &on e%"e ar


26/32

ha−¿=623.3[ KJ Kg ]Posteriormente se realizaron las pruebas y comparaciones correspondientes a los demás tipos de calderas y se

obtu$ieron las siguientes (unciones del calor en (unción de la presión de saturación as& como las grá'cas del

(uncionamiento general de cada sistema sistema:


27/32


28/32

Caldera ,0

Qt =1.0249 e−13∗ Psa t 6−4.3552e−10∗ Psa t 5+7.0249 e−7∗ Psat 4−0.00054912∗ Psa t 3+0.2309∗ Psa t 2−66.727∗ Psat +4.6944 e5

1000[ KW ]

Caldera $0

Qt =−2.1632e−13∗ Psa t 6+8.1721 e−10∗ Psat 5−1.2536 e−6∗ Psa t 4+0.00096313∗ Psa t 3−0.33862∗ Psat 2+4.5205∗ Psat +6.5908 e5

1000[ KW ]

Caldera 100

Qt =9.0739e-13∗ Psa t

6−3.283e-9∗ Psa t

5+4.561e-6∗ Psa t

4−0.0030804∗ Psa t

3+1.0966∗ Psa t

2−252.4∗ Psat +8.1028e5

1000[ KW ]

Figura 1. F!n&ionaien"o 'eneral de la Caldera ,0


29/32

El &oor"aien"o de la &aldera &on lo% re!eriien"o% rede"erinado% de aor no e% el ade&!ado .a !e la re%ion

en la &aldera &ae a alore% no de%eado% . e%"a de4e e%"ar en&endida !&+o "ieoB %in e4ar'o la %i!la&ion "ra4aJa

de anera o"ia al i'!al !e en la &aldera "io $03


30/32

Figura 1!. F!n&ionaien"o 'eneral de la Caldera 100

E%"a &aldera "ra4aJa %o4rada re%e&"o a lo% re!eriien"o% de aorB lo &!al era de e%erar%e .a !e la $0

"ra4aJa de anera o"ia . !na e; a% la %i!la&ion =!n&iona &oo de4eriaP la &aldera an"iene in"eralo%

de en&endido de la &aldera en "ieo% no "an lar'o%3


31/32

CONCLUSIONES OBSERACI7NES

• dd" %e "orna ne'a"io &!ando la &aldera e%"< en el "ieo de

&a"alo'o re%en"an &ier"a% aria&ione%B e%"o de4ido a !e

"oda% la% roiedade% . ade


32/32

EES

238202481 Informe Final Simulink Caldera

Documents

Transcript of 238202481 Informe Final Simulink Caldera