7/25/2019 Clase VII Control y Otros
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SISTEMAS TRMICOS Y DE FLUIDOS
Clase VII: Otros aspectos Importantes(Control, Tratamiento de agua, Turbinas)
DIEGO F. [email protected]
Octubre 2013
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Sistema de control de la caldera El sistema de control de la caldera debe
cumplir las siguientes funciones bsicas:
1. Incrementar la seguridadde operacin de las
personas y los equipos instalados.
2. Aumentar la eficiencia de la caldera, es decir;
producir mayor cantidad de vapor utilizando
menos combustible.
3. Reducir las prdidasya sean de agua,
combustible o presin.
4. Disminuir los contaminantesque se producen
en la operacin de la caldera.
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1) Sistema de control nivel de agua domo de vapor
El control del nivel de aguaen el
domo de vapor es el primer lazo
de control de una caldera. Se debe
evitar que el domo se presurice
por exceso de vaporo deficienciade aguade alimentacin.
Las burbujas de vapor
permanecen en el lquido del
domo de vapor, cambian su
volumen conforme cambia la
demanda de vapor
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Control de nivel porun elemento: niveldel aguaen el domo
Control de nivel pordos elementos: flujode vapory nivel deaguaen el domo
Control de nivel portres elementos: flujode vapor, flujo deaguadealimentacin y nivelde aguaen el domo
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Comparacin de control de nivel
Control por unsolo elemento
Flujo de Agua Alimentacin y Nivel caldera DZ
0
20
40
60
80
100
120
140
160
10:5
6:0
9
11:0
5:0
0
11:1
3:5
2
11:2
2:4
3
11:3
1:3
5
11:4
0:2
6
11:4
9:1
8
11:5
8:0
9
12:0
7:0
1
12:1
5:5
2
12:2
4:4
4
12:3
3:3
5
12:4
2:2
7
12:5
1:1
8
13:0
0:0
9
13:0
9:0
1
13:1
7:5
2
13:2
6:4
4
13:3
5:3
6
13:4
4:2
7
13:5
3:1
8
14:0
2:1
0
14:1
1:0
1
14:1
9:5
3
14:2
8:4
4
14:3
7:3
6
14:4
6:2
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Hora
FlujoT/H
0
10
20
30
40
50
60
70
NivelDomo%
FLUJO AGUA DE ALIMENTACION T/H NIVEL DOMO
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
10:27:50 10:42:14 10:56:38 11:11:02 11:25:26 11:39:50 11:54:14 12:08:38 12:23:02
Tiempo (h:m:s)
PresinVapor(Psig)yFlujoV
apor
(Klb/h)
40
42
44
46
48
50
52
54
56
NiveldelDomo(%)ySPNivel
del
Domo
Presin Vapor (Psig) F lu jo Vapor (Klb/h) N ivel del Domo (%) SP N ivel
Control por tres elemento
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2) Sistema de control de la presin del vaporvivo
La presin del vapor vivo debe
controlarse a manera de evitar
accidentes por sobrepresiones en
tuberas y equipos usuarios delvapor.
La presin del vaporse controla
principalmente, regulando elsuministro de combustibley aire
(controlando la adecuada relacin
aire/combustible).
Aire
Combustible
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3) Sistema de control de presin del hogar
Se requiere garantizar el flujo de gasesy que la llama permanezca siempre al interior
del hogar. La presin del hogar se mantiene en un valor inferior a la presin
atmosfrica.
La presin del hogarde la caldera se controla mediante la manipulacin del flujo de
airepor medio del posicionamiento del damper del ventilador de tiro inducido
dependiendo de la seal entregada por el medidor de la presin en el interior del
hogar.
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Tratamiento y suministro del agua
Eliminar los problemas causados por:
Incrustacin: formacin de depsitos
duros (Ca, Mg, Si) al interior de los tubos
de la caldera.
Corrosin: reaccin qumica (PH, O2)
entre dos elementos, produce prdida de
material
Arrastre: presencia de slidos disueltos y
contenido orgnico, causa incrustaciones y
afecta equipos como los turbos
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Calidad del agua de alimentacin
SUGGESTED WATER QUALITY LIMITS
BOILER TYPE: Industrial watertube, high duty, primary fuel fired, drum type
MAKEUP WATER PERCENTAGE: Up to 100% of feedwater
CONDITIONS: Includes superheater, turbine drives, or process restrictions on steam
SATURATED STEAM PURITY TARGET:See footnote
Drum Pressure (psig) 0-300 301-450 541-600 601-750 751-900 901-1000 1001-1500 1501-2000
Feedwater
Dissolved Oxygen (mg/l)
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Qu es una Turbina de vapor?
La turbina es una
mquina trmicala
cual se encarga de
transformar la energa
del vaporde entrada
en energa mecnica
en el eje(rotacin).
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Cmo funciona una turbina de vapor?
Turbinas de accin (Charles. G. Curtis): elvapor se expande a travs de una tobera,
alcanzando altas velocidades y bajas
presiones; el vapor expandido choca contra
los labes fijos del rodete produciendo un
movimiento giratorio
Turbinas de reaccin (Charles Parsons): el
vapor se expande a medida que pasa por las
toberas fijas para chocar contra labes
mviles, en forma alternante.
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Tipos de turbinas de vapor
Turbinas de contrapresin: el vapor de salida se encuentra a una presin
superior a la presin atmosfrica, de manera que an contenga energa
trmica que pueda ser entregada al proceso.
Turbinas de condensacin: el vapor de salida se encuentra a una presinmuy cercana a la presin atmosfrica, de manera que pueda ser dirigido a
un condensador sin posibilidad de entregar ms energa.
Turbinas con extraccin: se emplea cuando el proceso requiere diferentesniveles de presin del vapor
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Desempeo de una turbina
= trabajo neto producido / calor absorbido
En la condicin ideal, esto es sin
prdidas de calor al ambiente, sin
prdidas por friccin del vapor en los
alabes, sin perdidas por friccin de los
apoyos del eje, el trabajo especfico
producido es igual al cambio de
entalpa:
w = h1h2
El trabajo en el eje pude ser medido a
partir del torque y de la frecuencia de
giro (rpm):
P = torque*frecuencia
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Potencia de una mquina accionada porturbina de vapor
Curva operacin turbinaA partir de los registros de flujo de vapor,
obtenidos durante el seguimiento, con un valor
promedio de 58.4 KLb/h y con valores mximos
de 80.5 KLb/h, se proyecta una potencia
promedio de 3200 HP y mximo de 4800 HP,
entregada por el accionamiento.
Flujo
(Lb/h)
Pot. Eje
dinamometra
(HP)
Pot. Cedida vapor
(HP)Eficiencia
Mximo 79344 4000 5901 67,8%
Promedio 58400 2200 4343 50,7%
Potencia real entregada por el vapor en la turbina ypotencia medida en el eje de la mquina
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Turbogenerador
Cuando se adiciona un generador
elctricoal eje de salida de la turbinapara convertir el trabajo del eje en
energa elctrica, se construye un
turbogenerador.
En este caso el balance de energa
indica que el calor entregado por el
vapor se transforma en energa
elctrica. El turbogenerador se
identifica por su consumo de energa
especfica, denominado steam rate.
Steam rate = Flujo msico de vapor vivo (lb/h) / Energa producida (kw)
Steam Rate Brown Boveri
28,8
25,9
30,8
34,1
20
22
24
26
28
30
32
34
36
400 590 1530 2300
Generacion kW
Steam
Rate
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Ciclo del vapor en un ingenio :
Ciclo de Rankine
Eficiencia del ciclo Rankine
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