1 ANALISIS DE LA COMBUSTIN EN LAS CALDERAS PODER CALORFICO DE LOS COMBUSTIBLES: 1.PoderCalorficoInferior:Eselcalorliberadoporkilogramodecombustible despusdededucirelnecesarioparavaporizarelaguaformadaporla combustin del Hidrgeno, el agua sale como vapor. 2.PoderCalorficoSuperior:Eselqueseobtienemedianteuncalormetrode volumen constante, en el cual el vapor producido se condensa y se recupera el calor latente de vaporizacin.El anlisis ltimo permite calcular el poder calorfico superior de un combustible, mediante la aplicacin de la formula de Dulong, la cual se analizar posteriormente. Alcalcularlapotenciacalorficadelcombustibleapartirdelanlisis ltimo,nicamentesetienenencuentaelCarbono,HidrgenoyAzufre.Sin embargo,notodoelHidrgenodadoporelanlisiselementalestilparala combustin, debido a que una parte se encuentra ya combinado con el Oxigeno intrnsecamenteenformadehumedad.ElHidrgenotilvienedadoporla relacin(H-0/8),endondeHyOrepresentanlaspartesproporcionalesde Hidrgeno y Oxigeno en peso, por Kilogramo de combustible. Nota:(HO/8).ElpesomoleculardelHidrgenoesunoctavodelpeso moleculardelOxigeno.EsdecirqueporcadaKgdeOxigenopresente enelcombustibleexisteunoctavodeKgdeHidrgenoenformade agua. LafrmuladeDulongcorrespondientealpodercalorficosuperiordeun combustible, basada en las proporciones en peso, del Carbono total, Hidrgeno til y Azufre, viene expresada por: ( ) 34.108 145.338 ( ) 9.4948OKJPCS C H SKg = + +3.19 2 ( ) 8.148 34.720 ( ) 2.2688OKcalPCS C H SKg = + + 3.20 ( ) 14.544 62.028 ( ) 4.0508OBTUPCS C H Slb = + +3.21 Endonde:C,H,OySson,respectivamente,lospesosdeCarbono, Hidrgeno, Oxigeno y Azufre por Kilogramo de combustible. 3.13.ANLISIS DE LA COMBUSTIN EN UNA CALDERA Cuando se efecta la combustin de un combustible, en el hogar de una caldera, sea ste slido, lquido o gaseoso, se presentan ciertos requerimientos, que son importantes de determinar, por ejemplo la cantidad de aire necesario a suministrar,ylacantidaddegasesproductodecombustingenerados.Adems es fundamental evaluar las prdidas de energa que se presentan en el proceso, con el propsito de cuantificar la eficiencia de la combustin, por ello se hace necesario determinar estos parmetros. 3.13.1.REQUERIMIENTOS DEL AIRE PARA LA COMBUSTIN Elclculodelcaudaldeaireydelosproductosdelacombustines importanteparadeterminareldiseoylapotenciadelosventiladoresdetiro forzadoydetiroinducido,ascomotambineltamaodelosconductosa travs de los cuales circulan dentro de la caldera y de la chimenea. Los datos que se requieren para un anlisis de los requerimientos del aire en la combustin son: Anlisis ltimo (C, H, O, N, S, Cenizas). Temperatura ambiente. Presin atmosfrica. Temperatura de salida de los humos. 3 Anlisis volumtrico de los productos en base seca. Consumo de combustible. Con estos datos es necesario efectuar los siguientes clculos: 3.13.1.1.OXGENO NECESARIO PARA QUEMAR CADA ELEMENTO DEL COMBUSTIBLE Se expresa en Kg de O/Kg de combustible, para ello se calcula el Oxgeno terico,queeslasumatoriadelOxgenoexternorequeridoporlacombustin completa de los elementos del combustible, se utiliza la expresin siguiente: | |8( ) 8 . / .3Ot C H O S Kg de Oxig Kg de Comb = + + 3.28 3.13.1.2.AIRE TERICO Asuvezseevalaelaireterico,queeslacantidaddeairenecesaria paralacombustincompletadelcombustible;recordandoquelacomposicin del aire es: En volumen: 21 % de Oxgeno y 79 % de Nitrgeno. En masa: 23 % de Oxgeno y 77 % de Nitrgeno. | |/ .0, 2315OtAire Teorico Kg de Aire Kg de Comb =3.29 Alsustituirlaecuacin3.28enla3.29,yefectuandolasrespectivas reduccionesmatemticas,seobtienelaexpresinquepermiteevaluarla cantidadmsicadeaireterico(mta)necesaria,paraquemarunKgde combustible. 11, 52 34, 56 ( ) 4, 328taOm C H S = + + 3.30 4 3.13.1.3.VOLUMEN DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIN COMPLETA Calculado como el volumen parcial de cada producto a la temperatura de descarga de los humos (Tg) y a la presin atmosfrica (Pat).Para ello se utiliza laecuacindeestadodelosgasesidealesylaecuacindelaconstante particular de cada gas. ii i i i ii i iV R R TPV m RT y R vM m MP= = = = 3.31 Elvolumenespecficodelosproductosgaseosos,secalculaala temperaturadedescargadeloshumos(Tg)yalapresinatmosfrica(Pat), utilizando el peso molecular de cada uno de los productos: 2 2 2 2 244 28 64 28 32 18CO N SO CO O HOM M M M M M = = = = = = Elvolumenespecficodelairesecalculaalatemperaturaambiente (Tamb) y a la presin atmosfrica (Pat) con Maire = 29. Para obtener el volumen total de los humos que salen por la chimenea se utilizaelanlisisvolumtricodelosproductosenbaseseca,mediantela expresin siguiente: gii i i i i i ii i atRTVv Como V mv y m n Mm MP= = = = i i i i T iV n M v V V = = 3.32 3.13.1.4.CONSUMO DE AIRE EN LA CALDERA Dadoelconsumodecombustible

delacaldera,elconsumodelaire evaluado en masa ser:

5

3.33 | | | |/ ( / )*( / ) Kg de aire hora Kg de Combhora Kg de aire Kg de Comb = Y el caudal volumtrico de aire se evaluar mediante la expresin:

3.34 3.13.1.5.PRODUCCIN DE HUMOS DE LA CALDERA El caudal de humos de la caldera en trminos de masa ser:

(

)

(

)Si las cenizas son voltiles

(

)Si las cenizas no son voltiles Elcaudalvolumtricodeloshumosquesalenporlachimeneaser evaluado por la expresin:

3.35 3.13.1.6.COMBUSTIN COMPLETA CON EXCESO DE AIRE Se utiliza el exceso de aire para mejorar la combustin.El coeficiente de exceso de aire vara de 0,02 a 0,30.Cuando se est efectuando la combustin del combustible con cierta cantidad de aire en exceso, las ecuaciones anteriores cambiansolamentealefectuarelclculodelflujomsicodelaireydelflujo msico de los humos; por lo tanto el aire realmente utilizado ser: (1 ) Areal C At = + 3.36 Donde 0, 02 0, 30 C s s6 Y por lo tanto el consumo de aire de la caldera ser:

3.37 Y la produccin de humos ser:

(

)3.38 3.13.2.COMBUSTIN REAL Paraefectuarelanlisisrealdelacombustinenunacalderaes necesario disponer de los siguientes datos: Tipo de combustible. Anlisis ltimo del combustible. Consumo de combustible. Temperatura ambiente. Temperatura de descarga de los humos. Presin atmosfrica. Anlisis volumtrico seco de los productos de combustin. Produccin de residuos y su contenido de Carbono. Unavezobtenidosestosdatosprevios,esnecesariodeterminarlos siguientesparmetros,afindepoderevaluarlascondicionesrealesdela combustin y la eficiencia de la misma. 3.13.2.1.PESO REAL DEL AIRE DE LA COMBUSTIN Elanlisisdelosgasesdelachimenea,elanlisiselementaldel combustible empleado y los pesos moleculares de los principales constituyentes de los gases de la chimenea, proporcionan datos para calcular la cantidad real de aire empleado por cada Kg. de combustible. Para ello, los porcentajes de CO2, O2, CO y N2 de los gases de la chimenea 7 han de tomarse en volumen y el contenido de los componentes del combustible se tomar en peso. Para 100 Kmoles de gases quemados, se tiene que el peso de Nitrgeno es de 28N2 y el peso del Carbono presente en forma de CO2 y CO es de 12(CO2 + CO).Por lo tanto si relacionamos el peso de Nitrgeno por el peso de Carbono ser: 222812( )N Kg de NitrogenoCO CO Kg de Carbono ( (+ 3.39 Como un Kg. de aire contiene 0,769 Kg. de Nitrgeno, el peso del aire (ma) por cada Kg. de Carbono se evala por: 22222812( ) * 0, 769aKg de NN Kg de aire Kg de CmKg de NCO CO Kg de CKg de aire ( (= (+ ( 3.40 Enlascenizasyresiduosdeloscombustiblesslidospuedehaber Carbono no quemado.En este caso la cantidad real de Carbono consumido por Kg. de combustible ser: 1100q q r rqm C m CKg de Carbono consumidoCm Kg de combustible (= ( 3.41 Donde: C1 =Carbono realmente quemado por Kg. de combustible. mq=Peso del combustible quemado en Kg. Cq=Carbono del combustible, segn el anlisis elemental en porcentaje. mr=Peso del residuo procedente del combustible quemado en Kg. Cr=Carbono contenido en el residuo en porcentaje. 8 Si Cr, no ha sido determinado por anlisis, puede encontrarse mediante la expresin: 100rrqmC Am= 3.42 Donde: A =Es el porcentaje de cenizas en el anlisis elemental. Paradeterminar,lacantidadrealdeaireconsumido,seutilizala expresin siguiente: 21228*12( )*0, 769 100q q r rra aqm C m CNm m CCO CO m= =+3.43 Donde: mra=PesorealdeairesecoutilizadoenKg,porKilogramode combustible quemado. Nota: Cuando el contenido del combustible posea Nitrgeno, debe dividirse su porcentajepor76,9deduciendodemraelpesodeaireequivalente.Siendosteelpesorealdeaireconsumido,elcualseutilizarpara efectuar los dems clculos. 3.13.2.2.AIRE EN EXCESO O EN DEFECTO Elexcesodeaireseexpresageneralmentecomounporcentajedel requerido tericamente: *100ra taatam mEm= 3.44 9 Donde: Ea=Porcentaje de aire en exceso. mra =Peso real de aire empleado por Kg. de combustible. mta=Peso terico de aire requerido por Kg. de combustible. 3.13.2.3.PESO DE LOS GASES SECOS POR KG DE COMBUSTIBLE Basndoseenlosmismosrazonamientosalosempleadosparaexpresar la cantidad real de aire empleado por Kg. de combustible, se encuentra, para el peso de los gases secos formados por Kg. de Carbono, la siguiente expresin: 2 2 2244 32 28 28 sec12( )gsCO O CO N Kg de gases osmCO CO Kg de Carbono ( + + += (+ 3.45 Los valores de CO2, O2, CO y N2 representan los porcentajes en volumen determinados mediante el anlisis de los gases secos quemados de la chimenea.La anterior expresin puede simplificarse, sustituyendo la expresin CO = 100 CO2 O2 N2, en la ecuacin anterior: 2 2 2 2 2 2244 32 28 (100 ) 2812( )gsCO O CO O N NmCO CO+ + +=+ 2 224 700 sec3( )gsCO O Kg de gases osmCO CO Kg de Carbono ( + += (+ 3.46 ElpesorealdelosgasessecosformadosporKg.decombustiblese encuentramultiplicandolamasadegasessecos(mgs),ecuacin3.46porel Carbono realmente quemado (C1), ecuacin 3.41. 2 2124 700* *3( ) 100q q r rrgs gsqm C m CCO Om m CCO CO m| | | | + += = | ||+\ . \ . 3.47 3.13.2.4.MASA DE AGUA FORMADA EN LA COMBUSTIN 10 Para determinar la cantidad de agua que se forma luego de la combustin delHidrgeno,elementoconstituyentedelcombustible,serecurrearevisarla reaccin qumica en la formacin del agua. 2 2 212H O H O + De esta ecuacin qumica, se puede obtener el balance de masa de la reaccin, ella es: Dos Kg. de Hidrgeno reaccionan con 16 Kg. de Oxgeno, para formar 18 Kg.deAgua,sisesimplificalaecuacinpor2,seobtienelaexpresin siguiente: 2 2 21 8 9 Kg de H Kg de O Kg de H O + 3.48 De esta ltima expresin se concluye que se requieren 8 Kg. de Oxgeno para quemar 1 Kg. de Hidrgeno, tambin que un Kg. de Oxgeno oxida a un octavo de Kg. de Hidrgeno. Delaexpresin3.48,seconcluyequeparadeterminarlacantidadde aguaformadaenlacombustindeuncombustible,sepuedeutilizarla expresin siguiente: 22298 .HOformadaKg de H O Kg de aguam HKg de H Kg de comb ((| |= (|(\ . 3.49 3.13.2.5.MASA DE LA HUMEDAD CONTENIDA EN EL COMBUSTIBLE Lacantidaddehumedadcontenidaenelcombustible,sepuede determinar mediante la expresin siguiente: 98HumO Kg de AguamKg de combustible (| |= |(\ . 3.50 11 3.13.2.6.MASA TOTAL DE VAPOR DE AGUA Unavezdeterminadoslospesosdelahumedadcontenidaenel combustible y la cantidad de agua formada en la combustin, se puede obtener lamasatotaldeagua,enformadevapor,queapareceenlosproductosdela combustin y que sale por la chimenea, mediante la expresin: 2 29HO HOformada Humm H m m = = +3.51 Comounaformadeverificarlosresultadosobtenidos,seaplicael principio de la conservacin de masa; la masa total de productos debe ser igual alamasatotaldereactivos.Luegoparalacombustinde1Kg.de combustible, se requieren mra Kg. de aire y se producen mrgs Kg. de gases secos, 9H Kg. de vapor de agua, Cr Kg. de Carbono retenido en los residuos y Cen Kg. de cenizas contenidas en el combustible, es decir: 1 9ra rgs rKg de Combustible m m H C Cen + = + + +3.52 Sisedeseadeterminarlaproduccindehumosdelacaldera,puede utilizarse la expresin siguiente:

(

)

[

][

] 3.53 3.13.3.BALANCE TERMICO DE LA CALDERA1 La distribucin del calor resultante de la combustin del combustible en elhogardeunacalderaseentiendemejorpormediodelbalancetrmico,el cual consiste en confeccionar una tabla con el calor absorbido por el generador devaporyconlasprdidascalorficasconcurrentesenlacombustin.GeneralmentelosclculosseexpresanenKJ/Kgdecombustibleyen 1 Severns W., Energa mediante Vapor, Aire o Gas 12 porcentajes; por lo tanto los totales tendrn que ser el Poder Calorfico Superior delcombustibley100%respectivamente.Losparmetrosquehayque considerar son los siguientes: 3.13.3.1.CALOR ABSORBIDO POR EL GENERADOR DE VAPOR El calor absorbido por el generador de vapor, incluyendo el economizador, sobrecalentador y recalentadores, puede calcularse por la formula, siguiente:

[(

)(

)]3.54 Donde: H1=Calor absorbido por el agua y el vapor en la caldera por cada Kg. de combustible tal como se quema.

=Flujo msico del vapor producido por la caldera en Kg/h

=Flujo msico de combustible quemado en Kg/h h2=Entalpa especfica del vapor a la salida de la caldera, incluyendo el sobrecalentador en KJ/Kg h1=Entalpaespecficadelaguadealimentacinalaentradadela caldera,considerandoeleconomizadordentrodelacalderaen KJ/Kg f=Fraccin de recalentamiento, se evala por la relacin entre el flujo devaporqueretornaalacalderapara serrecalentadoyel flujode vapor producido en la caldera

3.55 h4=Entalpa especfica del vapor a la salida del recalentador en KJ/Kg h3=Entalpa especfica del vapor a la entrada del recalentador en KJ/Kg 13 3.13.3.2.PRDIDAS CALORFICAS DEBIDAS A LA HUMEDAD DEL COMBUSTIBLE La humedad del combustible se vaporiza y abandona la caldera en forma de vapor recalentado.La presin absoluta parcial del vapor recalentado en los gasesdeloshumos,sesuponeyseasumequevale6,866KPaysu temperaturaesladedichosgases.Laprdidasepuedeevaluarporla expresin: '' '2( )hum fH m h h = 3.56 Donde: H2=Perdidas calorficas debidas a la humedad del combustible en KJ/Kg de combustible tal como se quema mhum=Masa de la humedad libre en Kg/Kg de combustible ''h=Entalpaespecficadelvaporrecalentadoalatemperaturadelos humos y a una presin absoluta de 6,866 Kpa en KJ/Kg 'fh=Entalpaespecficadellquidoalatemperaturaalacualel combustible entra en el hogar de la caldera en KJ/Kg 3.13.3.3.PRDIDAS CALORFICAS DEBIDAS AL AGUA PROCEDENTE DE LA COMBUSTIN DEL HIDRGENO El Hidrgeno del combustible al quemarse se transforma en agua, la cual abandona la caldera en forma de vapor recalentado, se evala esta prdida por la siguiente expresin: '' '3 . .9 ( )humform fH H h h = 3.57 Donde: H3=Prdidas calorficas debidas al agua procedente de la combustin del Hidrgeno en KJ/Kg de combustible tal como se quema 14 Hhum. form.=Masa de la humedad procedente de la combustin del Hidrgeno en Kg/Kg de combustible 3.13.3.4.PRDIDAS CALORFICAS DEBIDAS A LA HUMEDAD DEL AIRE SUMINISTRADO

Estasprdidascalorficasnormalmentesonmuypequeasypueden calcularse mediante la frmula: 4( )sat vapor g aH m Cp T T = 3.58 Donde: H4=Prdidas calorficas debidas a la humedad del aire suministrado en KJ/Kg de combustible tal como se quema msat=MasadelahumedaddelaireenKg/Kgdecombustible,seevala con la expresin siguiente: sat vs ram m m | =3.59 Donde: |=Humedad relativa mvs=Masa de agua requerida para saturar un Kg. de aire seco mra =Masa real de aire seco empleado por Kg. de combustible Cpvapor = Calorespecficoapresinconstantedelvapordeagua=1,8723 KJ/Kg-K Tg=Temperatura de los gases de escape a la salida de la caldera en C Ta=Temperatura del aire al entrar al hogar de la caldera en C 3.13.3.5.PRDIDAS CALORFICAS DEBIDAS A LOS GASES SECOS DE LA CHIMENEA Estaprdidaesgeneralmentelamsimportanteysecalculaporla siguiente frmula: 15 5( )gs gs g aH m Cp T T = 3.60 Donde: H5=Prdidascalorficasdebidasalosgasessecosdelachimeneaen KJ/Kg de combustible tal como se quema mrgs=MasarealdelosgasessecosalasalidadelacalderaenKg/Kgde combustible Cpgs=Calorespecficoapresinconstantedelosgasessecos.Seasume que los gases secos tienen el mismo comportamiento del aire por lo tanto Cp = 1,0035 KJ/Kg-K 3.13.3.6.PRDIDAS CALORFICAS DEBIDAS AL COMBUSTIBLE GASEOSO SIN QUEMAR Esta prdida tambin es generalmente pequea y es debida a que el aire se suministra en cantidad insuficiente, lo cual da como resultado que parte del Carbono del combustible se oxide en forma incompleta formando monxido de Carbono (CO), se evala sta perdida por la expresin siguiente: 6 12*23.817*COH CCO CO (=(+ 3.61 Donde: H6=Prdidas calorficas debidas al combustible sin quemar en KJ/Kg de combustible tal como se quema CO=PorcentajeenvolumendemonxidodeCarbonopresenteenlos gases de combustin, determinado por el anlisis de los gases secos de los humos CO2=Porcentaje en volumen del dixido de Carbono presente en los gases de combustin C1=Carbono realmente quemado por Kg. de combustible 16 3.13.3.7.PRDIDAS CALORFICAS DEBIDAS AL COMBUSTIBLE SIN CONSUMIR CONTENIDO EN LAS CENIZAS Y ESCORIAS PartedelCarbonodelcombustible,yaseasinquemaroparcialmente quemadocaeenelcenicero.Estaprdidadependedeltipodeparrilla, velocidad de combustin, tamao y clase de carbn.Esta prdida se determina utilizando la ecuacin: 734.108*r rqm CHm= 3.62 Donde: H7=Prdidascalorficasdebidasalcombustiblesinconsumircontenido en las cenizas y escorias 3.13.3.8.PRDIDAS CALORFICAS DEBIDAS AL HIDRGENO E HIDROCARBUROS SIN CONSUMIR, RADIACION Y OTRAS PERDIDAS Estas prdidas se determinan restando el calor absorbido por la caldera, y las prdidas calorficas 2 a 7, de la potencia calorfica del combustible tal como se quema, es decir: 8 1 2 3 4 5 6 7( ) H PCS H H H H H H H = + + + + + + 3.63 Donde: H8=Prdidas calorficas debidas al Hidrgeno e hidrocarburos sin consumir, radiacin y otras prdidas Conelpropsitodeaplicarlosconceptosexpresadosanteriormentese presenta a continuacin un ejemplo ilustrativo de la evaluacin del Anlisis de la Combustin y del Balance Trmico de una caldera. 17 Ejemplo 3.1: En la figura que se muestra, se representa una planta de vapor, de ella se handeterminadolaspropiedadesindicadasenlamismayademsalefectuar las pruebas en dicha planta, se determinaron los siguientes parmetros: El combustible utilizado en la caldera, es un carbn, al cual se le realiz el anlisis ltimo, los resultados obtenidos son: Carbono=0,72 Hidrgeno=0,13 Oxigeno=0,02 Azufre=0,02 Nitrgeno=0,06 Cenizas=0,05 P=30 MPa 4 T = 700 C P = 1,6 MPaT = 700 C 6 5 P = 0,6 MPam2 = 1 Kg/s7 9 10 1 Wb = 30,2899 KJ/Kg 2 m1 = 10 Kg/s 3 P = 10 KPa 8 G 18 Del anlisis de Orsat se determin: CO2=12,0% O2=2,0% CO=0,5% N2=85,5% Consumo de combustible=4.500 Kg/h Produccin de residuos en la caldera=300 Kg/h Temperatura ambiente=25 C Humedad relativa=95% Presin atmosfrica=100 KPa Temperatura de los humos en la salida de la caldera=220 C Determinar de la planta de vapor lo siguiente: a.Parmetros de combustin. b.Balance trmico de la caldera Solucin: Losparmetrosdecombustindelacalderaconsistenenevaluarel caudalvolumtricodelaireyelcaudalvolumtricodelosgasesproductode combustin, para ello, se procede inicialmente a calcular el aire terico: (Ver pgina 3) 11, 52 34, 56 ( ) 4, 328taOm C H S = + + 3.30 0, 0211, 52*0, 72 34, 56 (0,13 ) 4, 32*0, 028tam = + + 12, 7872atm Kg de aireKg de Comb = Ahora se determina la masa real de aire (Ver pgina 6) 19 21228*12( )*0, 769 100q q r rra aqm C m CNm m CCO CO m= =+3.43 100* 100*3005 1, 6667%4500rrqmC Am= = = 14500*72 300*1, 66670, 7189100 100*4500q q r rqm C m CCm= = = 21 1228 28*85, 5* *0, 7189 14, 920212( ) *0, 769 12(12 0, 5) *0, 769ra aNm m C CCO CO= = = =+ + ComoelcombustibleposeeNitrgeno,alamasarealdeaireseledebe practicar una correccin mediante: (Ver pgina 8) % 614, 9202 14, 842276, 9 76, 9ra corregida raNm m = = = 14,8422racm Kg de AireKg de Comb = Ahora se determina la cantidad de aire en exceso o en defecto. (Ver pgina 8) *100ra taatam mEm= 3.44 14, 8422 12, 7872*100 *100 16, 0708 %12, 7872ra taatam mEm = = = Seobservaqueenelprocesodecombustinseestutilizandoaireen exceso equivalente al 16,0708 % Se procede a calcular el caudal msico de aire consumido y el respectivo caudal volumtrico. (Ver pgina 4)

3.33 20

3.34

[

][( )

]

Paradeterminarelcaudalvolumtricodeloshumosserequiere previamente calcular el caudal msico de humos. (Ver pgina 9) 2 2124 700* *3( ) 100q q r rrgs gsqm C m CCO Om m CCO CO m| | | | + += = | ||+\ . \ . 3.47

[

( )]

(Ver pgina 11)

(Ver pgina 5)

[

][( )

]

21 Conestosdosparmetrosesposibleseleccionarodisearlos ventiladores de tiro forzado o de tiro inducido, adems de escoger el tamao de los conductos por donde circulan el aire y los gases producto de combustin. AfindeevaluarelBalanceTrmicodelaCaldera,seprocedesegnel ordenindicadoenelpunto3.13.3.SecalculapreviamenteelPoderCalorfico Superior del combustible, utilizando la ecuacin de Dulong: (Ver pgina 1) ( ) 34.108 145.338 ( ) 9.4948OKJPCS C H SKg = + + 0, 0234.108*0, 72 145.338 (0,13 ) 9.494*0, 02 43.278, 24 ( )8KJPCSKg= + + = 1.Calor absorbido por el Generador de Vapor (Ver pgina 12)

[(

)(

)]3.54 Alaplicarlaecuacin3.54alproblemaqueseestresolviendo,los subndices de la ecuacin quedan:

[(

) (

)] Serequieredeterminarlosvaloresdelasdiferentesentalpas.Paraello es necesario resolver la planta, la cual se evaluar utilizando los conocimientos bsicos de la Termodinmica. P4=30 Mpah4=3.745,6 KJ/Kg T4=700 C s4=6,5606 KJ/Kg-K

P5=1,6 MpaInterpolando se obtiene s5 = s4 = 6,5606h5=2861,78 KJ/Kg P6=1,6 Mpah6=3.919,7 KJ/Kg T6=700 C s6=8,0535 KJ/Kg-K } } } 22 P7=0,6 MpaInterpolando se obtiene s7 = s6 = 8,0535h7=3525,055 KJ/Kg P8=10 KpaInterpolando se obtienex8=0,9871 s8 = s6 = 8,0535h8=2553,78 KJ/Kg P9=0,6 Mpah9=hf = h10 670,56 KJ/Kg Lquido Saturado P1=10 Kpah1=hf = 191,83 KJ/Kg Lquido Saturado Siseaplicaunvolumendecontrolenlabomba,laprimeraleydela Termodinmica resulta en: 1 2 2 1191,83 ( 30, 2899) 222,1199b bw h h h h w KJ Kg = = = = Al aplicar volumen de control en el calentador, la primera ley queda: 9231722 1h m h m h m h m h m h ms s e e- - - - - -+ = + = Kg KJ hmh h mh 5694 , 507 1199 , 22210) 56 , 670 055 , 525 . 3 ( 1 ) (219 723= += +=--

[(

)(

)]

[ ( )]

134.367, 55 H KJ Kg = } } } } 23 Con el calor absorbido por el generador de vapor y con el Poder Calorfico Superiordelcombustible,seestencapacidaddeevaluarlaeficienciadela caldera, mediante la ecuacin: 7941 , 024 , 278 . 4355 , 367 . 341= = =PCSHCalderaq % 41 , 79 =Calderaq 2.Prdidas calorficas debidas a la humedad del combustible. (Ver pgina 13) '' '2( )hum fH m h h = 0, 029 9 0, 02258 8humOm Kg de humedad Kg de Comb = = = (Ver pgina 10) Pparcial=6,866 KPaTsat=38,41 C Thumos=220 C hg=2.571,43 KJ/Kg ' ' ' ' ' ' ' '( ) ( )g g g gh h Cp T T h h Cp T T = = + ' '2.571, 43 1,8723(220 38, 41) 2.911, 42 h KJ Kg = + = Patm=100 KPa 'fh =104,89 KJ/Kg T=25 C '' '2( ) 0, 0225(2.911, 42 104,89) 63,1469hum fH m h h = = = % 1459 , 0 100 *24 , 278 . 431469 , 63% 1469 , 632 2= = = H Comb de Kg KJ H } } 24 3.Prdidascalorficasdebidasalaguaprocedentedelacombustindel Hidrgeno. (Ver pgina 13) . .0, 020,13 0,1275 .8 8humformOH H Kg de humedad Kg de Comb = = =(Ver pgina 10) '' '3 . .9 ( ) 9*0,1275(2.911, 42 104,89) 3.220, 493humform fH H h h = = = % 4414 , 7 % . 493 , 220 . 33 3= = H Comb de Kg KJ H 4.Prdidas calorficas debidas a la humedad del aire suministrado (Ver pgina 14) Tbs=25 Cmvs=0,02 Kg de agua/Kg de aire seco | =95 % 0, 95*0, 02*14,8422 0, 282 .sat vs ram m m Kg de aguaKg de Comb | = = = 4( ) 0, 282*1, 8723(220 25) 102, 958sat vapor g aH m Cp T T = = = % 2379 , 0 % . 958 , 1024 4= = H Comb de Kg KJ H 5.Prdidas calorficas debidas a los gases secos de la chimenea. (Ver pgina 14) 5( ) 14, 378*1, 0035(220 25) 2.813, 523gs gs g aH m Cp T T = = = % 501 , 6 % . 523 , 813 . 25 5= = H Comb de Kg KJ H 6.Prdidas calorficas debidas al combustible gaseoso sin quemar. (Ver pgina 15) } 25 6 120, 5*23.817* *23.817*0, 7189 684,8812 0, 5COH CCO CO ( (= = = ( (+ + % 5825 , 1 % . 88 , 6846 6= = H Comb de Kg KJ H 7.Prdidascalorficasdebidasalcombustiblesinconsumircontenidoen cenizas y escorias (Ver pgina 16) 7300*0, 01666734.108* 34.108* 37, 89854.500r rqm CHm= = = % 0876 , 0 % . 8985 , 377 7= = H Comb de Kg KJ H 8.Prdidas calorficas debidas al Hidrgeno e hidrocarburos sin consumir, radiacin y otras prdidas (Ver pgina 16) 8 1 2 3 4 5 6 7( ) H PCS H H H H H H H = + + + + + + ) 8985 , 37 88 , 684 523 , 813 . 2 958 , 102 493 , 220 . 3 1469 , 63 55 , 367 . 34 ( 24 , 278 . 438+ + + + + + = H % 593 , 4 % . 7906 , 987 . 18 8= = H Comb de Kg KJ H Elbalancetrmicoenelgeneradordevaporsepuedevisualizar fcilmente en la tabla 3.1 26 Forma de energa involucrada en el proceso Entrada a la caldera Salida de la caldera Salida de la caldera (valor porcentual) Poder Calorfico Superior 43.278,24 100,00 Calor absorbido por el agua-vapor en la caldera 34.367,5579,4107 Prdidas calorficas debidas a la humedad del combustible 63,150,1459 Prdidas calorficas debidas al agua procedente de la combustin del Hidrgeno 3.220,497,4414 Prdidas calorficas debidas a la humedad del aire suministrado 102,960,2379 Prdidas calorficas debidas a los gases secos de la chimenea 2.813,526,5010 Prdidas calorficas debidas al combustible gaseoso sin quemar 684,881,5825 Prdidas calorficas al combustible sin consumir contenido en cenizas y escorias 37,90 0,0876 Prdidas calorficas debidas al Hidrgeno e hidrocarburos sin consumir, radiacin y otras prdidas 1.987,794,5930 TOTAL43.278,2443.278,24100,00 Tabla 3.1: Balance trmico en la caldera