Informe de Caldera

5/19/2018 Informe de Caldera

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OBJETIVOS:

Realizar mediante un entorno de programacin grfica y la utilizacin de otros

parmetros la simulacin del comportamiento de una caldera pirotu!ular con unosparmetros y re"uerimientos determinados incluyendo el control O#$O%% del flu&o

de agua de entrada as' como la entrada de calor por medio del "uemador(

I#TRO)*++I,#:

-a aplicacin de control a calderas resulta en una .erramienta cuya utilidad radica enconseguir los e"uili!rios de masa y de energ'a ante las /ariaciones "ue se presenten ya seaen el mismo sistema o por demanda(

-a energ'a la masa y la presin introducidas en la caldera de!en ser reguladas paraconseguir las condiciones de salidas deseadas( -as medidas de las /aria!les del procesodarn al sistema la informacin necesaria para e&ecutar el control(

)esde el punto de /ista del e"uili!rio energ0tico se de!e generar una demanda de carga dela cual se generaran a su /ez las demandas de com!usti!le y aire "ue proporcionarn elaporte energ0tico necesario para mantener el e"uili!rio respecto al /apor e1tra'do( En elsistema de control de una caldera las diferentes /aria!les interaccionan so!re los diferentessu!sistemas( 2s' la demanda de calor influir so!re la temperatura del /apor el caudal deagua influir so!re la presin del /apor por lo tanto todo el sistema de!e ser coordinado eimplementado de forma "ue minimice los efectos de dic.as /ariaciones(

32R+O TE,RI+O:

-as m4ltiples aplicaciones "ue tienen las calderas industriales las condiciones /ariadas detra!a&o y las innumera!les e1igencias de orden t0cnico y practico "ue de!en cumplir para"ue ofrezcan el m1imo en garant'as en cuanto a solidez seguridad en su mane&odura!ilidad y econom'a en su funcionamiento .a o!ligado a los fa!ricantes de estos

e"uipos a un perfeccionamiento constante a fin de encarar los pro!lemas( -a !4s"ueda desoluciones .a originado /arios tipos e1istentes agrupados seg4n sus caracter'sticas msimportantes(

Basan su funcionamiento en la transferencia de calor producido al "uemar com!usti!le elcual entrega al agua contenida o "ue circula dentro del recipiente su energ'a calrica(

En toda caldera se distinguen dos zonas:


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a5 6ona de li!eracin de calor o cmara de com!ustin:

Es el lugar donde se "uema el com!usti!le( 7uede ser dentro del recipiente metlico orodeado de paredes refrigeradas por agua o en el .ogar construido fuera del recipientemetlico(

!5 6ona de tu!os:

Es la zona donde los productos de la com!ustin transfieren calor al agua principalmentepor con/eccin( Est constituida por tu!os dentro de los cuales pueden circular los .umos oel agua(

Tipos de calderas:

2cuotu!ulares: son a"uellas en las "ue el fluido de tra!a&o se desplaza por tu!os durante sucalentamiento( Son las ms utilizadas en las centrales termoel0ctricas ya "ue permiten altas

presiones a su salida y tienen gran capacidad de generacin(

7irotu!ulares: en este tipo de calderas el fluido en estado l'"uido se encuentra en unrecipiente atra/esado por tu!os por los cuales circulan gases a alta temperatura productode un proceso de com!ustin(

+omportamiento de las calderas:

7uede e1presarse en funcin de los 8ilogramos de /apor producido por metro cuadrado desuperficie de calefaccin y por .ora( -a intensificacin de la produccin de /apor se !asaprincipalmente en la circulacin de agua en el interior de los tu!os con una /elocidad tal

"ue el /apor "ue se /a formando por el calentamiento de los mismos /a saliendo con lamisma corriente del agua "ue se e/apora por"ue de no ser as' las !ur!u&as de /aporformadas crear'an espacios .uecos en el l'"uido "ue no podr'an a!sor!er el calortransmitido "uemndose el material de los tu!os(

7artes principales de una caldera:


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)e!ido a "ue cada caldera posee partes caracter'sticas resulta complicado atri!uir a todasellas un determinado componente por lo tanto se analizaran las partes principales de lascalderas en forma general(

9( %ogn: -ugar donde se produce la com!ustin del com!usti!le(

( 7uerta .ogar: es una pieza metlica a!isagrada re/estida generalmente en suinterior con ladrillo refractario o de do!le pared por donde ingresa el com!usti!leslido al fogn y se .acen las operaciones de control del fuego(

;( +onductos de .umo: son los espacios por los cuales circulan los .umos y gasescalientes de la com!ustin( )e esta forma se apro/ec.a el calor entregado por estospara calentar el agua y( +mara de agua: es el /olumen de la caldera "ue est ocupado por el agua "ue

contiene y tiene como l'mite superior n cierto ni/el m'nimo del "ue no de!edescender nunca el agua durante su funcionamiento(?( +mara de /apor: es el /olumen "ue "ueda so!re el ni/el superior m1imo de agua

y en el cual se almacena el /apor generado por la caldera( En este espacio el /aporde!e separarse de las part'culas de agua "ue lle/a en suspensin(

@( +amara de alimentacin de agua: es el epacio comprendido entre los ni/elesm1imo y minimo de agua( )urante el funcionamiento de la cmara se encuentraocupada por agua y


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+om!ustin:

Es el con&unto de procesos f'sico$"u'micos en los "ue un elemento com!usti!le se com!inacon otro elemento com!urente Aen este caso aire5 desprendiendo luz calor y productos"u'micos resultantes de la reaccin( +omo consecuencia de la reaccin de com!ustin setiene la formacin de una llama( )ic.a llama es una masa gaseosa incandescente "ue emiteluz y calor(

-os com!usti!les tienen una composicin general "ue se puede e1presar como CaHb y

cuya reaccin de com!ustin es:

CaHb+n O2 aC O2+( b2 )H2O+CALOR

Tipos de com!ustin:

)e acuerdo a la cantidad de com!urente aportado y el ni/el de com!ustin se pueden darlos siguientes tipos de com!ustin:

9( +om!ustin completa: reaccin en la "ue el com!usti!le se "uema .asta el m1imo

grado posi!le de o1idacin( En consecuencia no .a!rn sustancias com!usti!lesAcomo +O5 en los .umos(

( +om!ustin incompleta: reaccin en la "ue el com!usti!le no se o1idacompletamente generando sustancias "ue toda/'a pueden seguir o1idndose(

;( +om!ustin terica o este"uiometrica: es la reaccin realizada con la cantidad deo1igeno estrictamente necesaria para producir la o1idacin total del com!usti!le sin"ue se produzcan in"uemados( En consecuencia no se encuentra O en los .umos(


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=( +om!ustin con e1ceso de aire: reaccin con una cantidad de aire superior a laeste"uiometrica( Esta tiende a no producir in"uemados y es t'pica la presencia deO en los .umos( Si !ien la incorporacin de aire permite e/itar la com!ustinincompleta puede conlle/ar a la perdida de calor en los productos de com!ustinreduciendo la temperatura de com!ustin la eficiencia y la longitud de llama( -a

parte positi/a del e1ceso de aire es la seguridad la parte negati/a es "ue sedesperdicia com!usti!le( -a caldera !sicamente es un intercam!iador de calordiseado para a!sor!er calor de los productos de la com!ustin por lo tanto sinimportar en aire en e1ceso se transfiere la misma cantidad de calor en el tiempo(

>( +om!ustin con defecto de aire: en esta com!ustin el aire es menor al necesariopara "ue se produzca la o1idacin total del com!usti!le por tanto se producenin"uemados(

+ontrol de com!ustin:

-a funcin primaria del control de com!ustin es entregar una mezcla de aire ycom!usti!le al "uemador a una rata "ue satisfaga los re"uerimientos de carga de la caldera!a&o condiciones seguras y eficientes( +on insuficiente aire se desperdicia com!usti!lede!ido a com!ustin incompleta adems esta mezcla rica puede causar e1plosiones enpuntos calientes( *n e1ceso de aire tam!i0n desperdicia com!usti!le calentando aire "ueluego sale por la c.imenea(

- +ontrol de a&uste por o1igeno:

El a&uste por o1igeno trata de ma1imizar la eficiencia de la operacin me&orando el controlde la relacin aire


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*n tipo de control de presin del fogn es el sistema de tiro !alanceado Atiro forzado einducido5 el forzado se usa para regular el aire de com!ustin y el tiro inducido regula lapresin dentro del fogn ligeramente por de!a&o de la presin atmosf0rica para pre/enirescapes de gases( El control se .ace con el control de presin /ariando la /elocidad delmotor del /entilador de tiro inducido(

+alderas con tu!os m4ltiples de .umo Apirotu!ulares5:

Estas calderas pueden ser /erticales u .orizontales( Entre las calderas /erticales puedenencontrarse dos tipos con respecto a los tu!os:

a5 )e tu!os semi$sumergidos(!5 )e tu!os totalmente sumergidos(

En el primer caso el agua no cu!re totalmente a los tu!os en el segundo estos estntotalmente cu!iertos(

-as calderas .orizontales con tu!os m4ltiples de .umo .ogar interior y retorno simple odo!le retorno son las llamadas calderas escocesas y son de aplicacin frecuente(

Se encuentran en este grupo de calderas las locom/iles y las locomotoras "ue secaracterizan principalmente por ser de mediano /olumen de agua tira&e forzado y cuentancon otras partes !ien definidas:

a5 *na ca&a de fuego donde /a montado el fognC esta ca&a puede ser de seccinrectangular o cil'ndricaC es de do!le pared por lo "ue el fogn "ueda rodeado deuna masa de agua(

!5 *n cuerpo cil'ndrico atra/esado longitudinalmente por tu!os de pe"ueo dimetropor cuyo interior circulan los gases calientes(

c5 *na ca&a de .umos "ue es la prolongacin del cuerpo cil'ndrico a la cual llegan losgases despu0s de pasar por el .az tu!ular para salir .acia la c.imenea( Este tipo decalderas tra!a&an casi siempre con tira&e forzado el cual se consigue mediante unc.orro de /apor de la misma caldera o utilizando /apor de escape de la m"uina(

En estas calderas los .umos pasan por dentro de los tu!os cediendo su calor al agua "ue losrodea(

7ueden producir agua caliente o /apor saturado( En el primer caso se les instala un estan"uede e1pansin "ue permite a!sor!er las dilataciones del agua( En el caso de producir /aporel ni/el del agua se encuentra a 9D o Dcm so!re los tu!os superiores(

Venta&as:

- 3enor costo inicial(


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- 3ayor fle1i!ilidad de operacin ya "ue el /olumen de agua permite a!sor!erfcilmente las fluctuaciones en la demanda del /apor(

- 3enores e1igencias de pureza en el agua de alimentacin por"ue las incrustacionesformadas en el interior de los tu!os son ms fciles de atacar y son eliminadas porlas purgas(

- %acilidad de inspeccin reparacin y limpieza(

)es/enta&as:

- )e tamao y peso mayor a las acuotu!ulares de igual capacidad(- 3ayor tiempo para su!ir presin y entrar en funcionamiento(- ran peligro en casos de e1plosin o ruptura de!ido al gran /olumen de agua

mane&ado(- #o son empleadas para altas presiones(

+O#TE#I)O:

+aldera seleccionada:


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Reaccin +F= metano:

O

(1+)(2+3,76N2) C O2+2H2 O+2 O2+2 (1+ )3,76N2C H

4+2

XC O2= 1

1+2(1+ )4,76

XH2O

= 2

1+2(1+ )4,76

XO2= 2

1+2(1+ )4,76

XN2= 2(1+ )3,761+2(1+ )4,76

C H4=0,66 [kgm3 ]

Reaccin del +F? etano:

O

(2+3,76N2)2C O2+3H2O+3,5 O2+3,5 (1+ )3,76N2C

2H

6+3,5 (1+ )

XC O2= 2

1+3,5(1+ )4,76

XH2O= 31+3,5(1+ )4,76

XO2= 3,5

1+3,5(1+ )4,76


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XN2= 3,5(1+ )3,761+3,5(1+ )4,76

C2H6=1,28

[

kg

m3

]B2-2#+E )E 32S2 E# -2 +2-)ER2:

me ms mp=d (Mtotal )

dt

)nde:

d (Mtotal )dt

=d (Ml+Mv)

dt

Entonces:

me ms mpd (Ml )

dt =

d (Mv)dt


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B2-2#+E )E VO-*3E# E# -2 +2-)ER2:

Vl+Vv=D2L

4Vtubos=Constante

V

d ( l+Vv)dt

=d Vl

dt +

dVv

dt =0

M

d(vvv

)dt =0

d (Mlv

l)

dt +

dMl

dt vl+

Mld vld Tv

d Tv

dt +

Mvd vvdTv

d Tv

dt +

dMv

dt vv=0

dMl

d t =

(Mld v ldTv

dTv

dt +

Mvd vvd TvdTv

dt +

dMvdt

vv)vl

B2-2#+E )E E#ERH2 E# -2 +2-)ER2:


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Tp+ me!e ms!s mp!pdMl

dt "l

dMv

dt "v

Mld"ldTv

d Tv

dt

Mvd "vdTv

d Tv

dt =0

M

(ld "l

d Tv+

Mvd "vd Tv

)

( Tp+ me!e ms!s mp!pd Ml

dt "l

d Mv

dt "v)/

d Tv

dt =

+O#+-*SIO#ES:

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