### Informe de Proyecto-centrales-jl

Año de la diversificación productiva y del fortalecimiento de la educación.

2015

PROYECTO DE CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA- ANALISIS ENERGETICO DEL SISTEMA DE VAPOR, COMBUSTIBLE Y TRATAMIENTO DE AGUA DE LA EMPRESA AGROINDUSTRIAL CAMPOSOL

CURSO:

CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA

PROFESOR:

GUAYAN HUACCHA, ELI

CICLO:

X

ALUMNOS:

CACHIQUE QUITO CRISTIAN WILLYS JULCA ULLOA JESUS ALBERTO ORBEGOSO JARA JULIO ALBERTO PALMA MENDOZA JUAN DANIEL

CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

INDICE

INTRODUCCIÓN..........................................................................................................3I. OBJETIVOS..........................................................................................................4II. FUNDAMENTACION TEORICA...............................................................................4III. METODO Y ESQUEMA EXPERIMENTAL.................................................................5IV. DATOS DE OPERACIÓN........................................................................................6V. ANALISIS DEL SISTEMA ENERGETICO..................................................................7

5.1 LINEA DE VAPOR..........................................................................................75.1.1 LA CALDERA..........................................................................................75.1.2 LAS TUBERIAS DE VAPOR......................................................................75.1.3 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERIAS..............................75.1.4 DRENAJES..............................................................................................75.1.5 CALCULO DE VELOCIDADES..................................................................75.1.6 CALCULO Y SELECCIÓN DE BOMBAS.....................................................75.1.7 CALCULO Y SELECCIÓN DE VENTILADORES...........................................75.1.8 DISPOSITIVOS DE CONTROL, MANOMETROS, CAUDALIMETROS, SENSORES...........................................................................................................7

5.2 LINEA DE COMBUSTIBLE...............................................................................85.2.1 TIPO DE COMBUSTIBLE UTILIZADO........................................................85.2.2 CARACTERISTICAS FISICO QUIMIZAS DEL COMBUSTIBLE......................85.2.3 CAPACIDADES Y DIMENSIONAMIENTO DE TANQUES Y DEPOSITOS DE ALMACENAMIENTO..............................................................................................85.2.4 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS LINEAS DE TRANSPORTE DE COMBUSTIBLE......................................................................................................85.2.5 CALCULO DE CALENTADORES DE COMBUSTIBLE..................................85.2.6 CALCULO Y SELECCIÓN DE QUEMADORES............................................8

5.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA...............................................................95.3.1 OBTENCION DEL AGUA, VOLUMENES, TANQUES Y DEPOSITOS.............95.3.2 MECANISMO DE TRATAMIENTO DEL AGUA............................................95.3.3 ETAPAS..................................................................................................95.3.4 CALCULO DE ABLANDADORES..............................................................95.3.5 CALCULO DE TIBERIAS..........................................................................9

VI. ESQUEMAS Y GRAFICOS................................................................................106.1 LINEA DE VAPOR........................................................................................106.2 LINEA DE COMBUSTIBLE.............................................................................116.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA.............................................................12

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

VII. CONCLUSIONES.............................................................................................13VIII. MAPA MENTAL DEL TEMA DESARROLLADO....................................................14IX. BIBLIOGRAFIAS..............................................................................................15X. ANEXOS.............................................................................................................16

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

INTRODUCCIÓN

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

I. OBJETIVOS

II. FUNDAMENTACION TEORICA

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

III. METODO Y ESQUEMA EXPERIMENTAL

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

IV. DATOS DE OPERACIÓN

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

V. ANALISIS DEL SISTEMA ENERGETICO

5.1 LINEA DE VAPOR

5.1.1 LA CALDERA

5.1.2 LAS TUBERIAS DE VAPOR

5.1.3 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERIAS

5.1.4 DRENAJES

5.1.5 CALCULO DE VELOCIDADES

5.1.6 CALCULO Y SELECCIÓN DE BOMBAS

5.1.7 CALCULO Y SELECCIÓN DE VENTILADORES

5.1.8 DISPOSITIVOS DE CONTROL, MANOMETROS, CAUDALIMETROS, SENSORES

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5.2 LINEA DE COMBUSTIBLE

5.2.1 EQUIPOS Y DATOS DE OPERACIÓN.

TABLA 5.2.1: Datos de consumo de vapor y combustible de los calderos pirotubulares.

POTENCIA DE

CALDEROS

FLUJO DE VAPOR (Kg/hr)

1BHP=15.66kg/hr

FLUJO DE VAPOR (Kg/s)

CONSUMO DE COMBUSTIBLE

(Gl/hr)*

CONSUMO DE COMBUSTIBLE

(Kg/hr)**

CONSUMO DE COMBUSTIBLE

(Kg/s)

800 BHP 6264 1.74 114.2857  413.7143 0.1149900 BHP 7047 1.9575 128.5714  465.4286 0.1293

* 1m3= 264.18 Gl** 1 Gl/hr 3.5 BHP

TABLA 5.2.2: Datos de la caldera de 800 BHP.

CARACTERÍSTICAS DELQUEMADORMARCA VORYFLOWMODELO 800 BHP3HGTIPO DUALOPERACIÓN MODULADACOMBUSTIBLE ACEITE No.6Y GASNATURALCONSUMODECOMBUSTIBLE 72Gl/hr (ACEITENo 6)– 842.1m3/hr (GN )SISTEMADE IGNICIÓN BUJÍA ELÉCTRICA PARA ALTOVOLTAJEVENTILADOR AIREDETIROFORZADO(MOTOR ELÉCTRICO)PRECALENTAMIENTODECOMBUSTIBLE ELÉCTRICOY VAPOR

TABLA 5.2.3: Datos de presiones y temperatura de los calderos pirotubulares.

PARAMETRO VALOR UNIDAD

Temperatura de combustible 80 °C

Temperatura de los gases residuales 205.9 °C

Temperatura del aire de entrada 29.4 °C

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MOTOR DEBOMBADECOMBUSTIBLE PARAC 3MARCA SIEMENS– 1700RPM – 2HP

AMPERAJE 3.5 PARA 440VOLTIOSCONEXIÓN INTERNA DIAGRAMACON ALTOVOLTAJE 440V CON SU RESPECTIVATIERRA

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5.2.2 CARACTERISTICAS FISICO QUIMICAS DEL COMBUSTIBLE

V.2.2.1 COMPOSICION:

El Petróleo Industrial N°6 está constituido por una mezcla de hidrocarburos derivados del petróleo, en el rango aproximado de C12 a C50, presenta alta viscosidad.

I.2.2.1 PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS:

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CARACTERISTICA VALOR

Apariencia, color, olor Líquido viscoso, color marrón oscuro a negro y olor característico

Gravedad API a 15.56°C(60°F) 11.5 °API

Gravedad especifica a 15.6/15.6°C 0.95 – 0.99 aprox.

Viscosidad cinemática a 50° 81 – 640 cst

Punto de escurrimiento 24°C

Punto de inflamación 60°C (min.)

Límites de inflamabilidad, % vol. en aire

1 a 5 aprox.

Punto de autoignición, °C 407 aprox.

Solubilidad en agua Insignificante.

Densidad, kg/m3 956.407

Calor especifico CP, KJ/kg °C 2.75

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5.2.3 CAPACIDADES Y DIMENSIONAMIENTO DE TANQUES Y DEPOSITOS DE ALMACENAMIENTO

Figura 5.2.1. 1: Diagrama del sistema de combustible de las calderas pirotubulares.

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5.2.4 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS LINEAS DE TRANSPORTE DE COMBUSTIBLE

FIGURA 5.2.2. Diagrama de entrada de aire y combustible a la caldera

CALCULO DE ENTALPIAS

Punto Entalpia especifica (kJ//kg)=Cp(Kj/kg).T(°C)

Estado del fluido

1 1.008(29.4) =29.635 Aire a temperatura ambiente2 2.75(80) =220 Combustible precalentado3 1.11328(205.9) =229.224 Gases residuales de calderos

PODER CALORIFICO DE COMBUSTIBLE

El poder calorífico lo obtenemos de la siguiente expresión:

PCS=18320+40 (° API−10 )[ BTULb ]PCI=PCS−1030 [ BTULb ]

Donde:

PCS=18320+40 (11.5−10 )=18380 BTULb

PCI=18380−1030=17350 BTULb

Conversión de BTULb a

kJkg :

PCS=42748.898 kJkg

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PCI=40353.285 kJkg

CALCULO DE LA RELACION AIRE COMBUSTIBLE DE CALDEROS:

Qtotal=mcble (PCI+hcble )+mair hair=Qutil+Q purgas+mgr (hgr )

CALCULO DEL HOGAR DE LA CALDERA:

El hogar es un tubo cuyo diámetro debe estar entre un 40% y 45% del diámetro del espejo, la posición de este tubo en el espejo depende exclusivamente del diseño, es decir que se pueda subir o puede bajar a lo largo del eje vertical, de tal forma que se asegure que sobre el mismo existan dos filas de tubos y tenga el área para acumulación de vapor.

∅ hogar=42.5%∗Despejo ∅ hogar=0.425∗114 Pulg . ∅ hogar=48.45 Pulg . CALCULO DEL COMBUSTIBLE NECESARIO PARA LA CALDERA

ParámetrosCombustible Residual 6Poder Calorífico Inferior 40 353.28 kJ/KgDensidad 920 Kg/m3Temperatura 29.4°C

Calor que necesito para elevar la entalpía del punto 1 al 2:

q=ms (hsale−hentra )

˙qnec=790Kgh

∗(653.9 KcalKg

−70 KcalKg )

˙qnec=461138.79KcalKg

Calor que debe dar el combustible

q fuel=mfuel∗Cp mcombustible=

q fuel

Cp

Balance de energía calórico

ms (hsale−hentra )=mfuel∗Cp 12

CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

mfuel=ms (hsale−hentra)

Cp

mfuel=461138.79 Kcal

Kg

7200 Kcalkg

mfuel=64.04

Kgh

q fuel=64.04

Kgh

∗7200 Kcalkg

˙qnec=461138.79

KcalKg

Caudal volumétrico del combustible

Qfuel=mfuel

ρfuel

Qfuel=64.04 Kg

h

920 Kgm3

Qfuel=0.0696m3

h=69.6 lit

h

Qfuel=0.06963.75

galones /h

Qfuel=18.54GPH

Para tener una certeza de que el combustible pueda cubrir cualquier demanda se coloca un factor de seguridad de entre 200% y 300% por recomendación de alimentación de las casas comerciales de modo que:

Qfuel=18.54GPH∗2

Qfuel=37.08GPH ≅ 40GPH

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5.2.5 CALCULO DE CALENTADORES DE COMBUSTIBLE

CALENTADOR DE VAPOR DE CALDERA 800 BHP:

El calentador de vapor, utiliza el mismo vapor producido por la caldera mediante una derivación que se le hace a la salidad de la tubería de vapor, como se muestra en la figura

Figura 5.2.3: Calentador de combustible (Utiliza el mismo vapor de caldera)

Las propiedades de los fluidos que intervienen son las siguientes:

Punto

Temperatura Entalpia especifica (KJ/Kg)

Estado del fluido

4 178.2431 °C (9.632bar)

2 776.5536 Vapor saturado (Agua)

5 178.2431 °C(9.632bar)

755.4534 Liquido saturado (Agua)

6 65 °C 178.75 Combustible a la entrada del calentador7 85°C 233.75 Combustible a la salida del evaporador

mcble=0.1149kg /s

mvapor=?

Haciendo un balance de energía en el intercambiador de calor:

mcble (h7−h6 )=mvapor (h4−h6 )

0.1149 (233.75−178.75 )=mvapor (2776.5536−755.4534 )

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mvapor=3.1268 x 10−3kg/ s

CALOR QUE APORTA EL CALENTADOR ELÉCTRICO:

Qcalentador=0.1149 (233.75−178.75 )=6.3195KW

RESUMIENDO PARA LAS DOS CALDERAS:

Caldera Pirotubular Qcalentador [KW] mvapor [Kg/s]800 BHP-03 6.3195 3.1268900 BHP-04 7.1115 3.5186

5.2.6 CALCULO DE PERDIDAS DE PRESION EN LAS TUEBERIAS DE CALDERAS.

Las

5.2.7 CALCULO Y SELECCIÓN DE QUEMADORES

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

5.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA

5.3.1 OBTENCION DEL AGUA, VOLUMENES, TANQUES Y DEPOSITOS

5.3.2 MECANISMO DE TRATAMIENTO DEL AGUA

5.3.3 ETAPAS

5.3.4 CALCULO DE ABLANDADORES

5.3.5 CALCULO DE TIBERIAS

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

II. ESQUEMAS Y GRAFICOS

6.1 LINEA DE VAPOR

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

6.2 LINEA DE COMBUSTIBLE

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

6.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

III. CONCLUSIONES

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

IV. MAPA MENTAL DEL TEMA DESARROLLADO

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

V. BIBLIOGRAFIAS

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CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA INGENIERIA MECANICA

VI. ANEXOS

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