RELACIONES FUNDAMENTALES

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					RELACIONES
FUNDAMENTALES



ING. RAUL GUERRERO MORENO   1
Relaciones fundamentales en un
generador de vapor
   La capacidad de producción o la potencia de
    una caldera puede expresarse en HP
    (HPcaldera), kG/hr (o lb/hr) de vapor producido,
    kcal/hr (Btu/hr) de calor absorbido y, para
    calderas de centrales térmicas la capacidad de
    generación tan grande puede darse en
    megawatios.
   También puede darse la capacidad de una
    caldera en términos de la superficie de
    calefacción, en metros cuadrados o pies
    cuadrados.
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Superficie de calefacción
Es la superficie metálica que está en
 contacto por un lado con los gases
 calientes y por el otro con el agua o vapor.
 Se mide del lado de los gases en m2 o en
 pies2.




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Capacidad de producción de una
caldera
                           Q= ms(h – hf)
En donde:
Q= producción de la caldera en kcal/hr
    ms = peso del vapor producido por la caldera en
 kg/hr
h=entalpia del vapor a la presión y calidad o temperatura
 a la salida de la caldera o generador de vapor en kcal/kg
hf=entalpía del agua de alimentación a la temperatura
 que llega dicha agua a la caldera en kcal/kg


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Potencia en HP caldera
 Un HPcaldera equivale a la vaporización de 15.66 kg de agua por
 hora a vapor seco a 1000C a partir de una temperatura del agua
 de 1000C y la presión atmosférica normal.
 Asi mismo un HPcaldera equivale a 8510 kcal/h o también
 Un HP caldera equivale 0.93m2 de superficie de calefacción. Esto
 es el calor que se transfiere al agua a través de una superficie
 de calefacción de 0.93m2.


                     HPcaldera = ms(h – hf)/8510
 En donde ms,h y hf tienen el significado ya anotado anteriormente




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Otras unidades de capacidad de
producción de una caldera
Factor de vaporización: es la relación entre el calor
  absorbido por un kg. de agua de alimentación en las
  condiciones a que trabaja la caldera a el calor absorbido
  por un kg. de agua a 1000C al vaporizarla a 1000C.
            F.V= (h – hf )/543.4 (adimensional)
Vaporización equivalente: se define como los kg/h de agua
  a 1000C que se vaporizarían a 1000C si se hubiese
  absorbido la misma energía que en las condiciones a
  que trabaja la caldera.

              V.E= ms(h – hf)/543.4 (kcal/kg)

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Potencia Nominal
Todas las calderas pequeñas están basadas en 0.93m2 de
  superficie de calefacción por HPcaldera. Según lo
  anterior todas las calderas que tengan la misma
  superficie de calefacción tienen la misma potencia
  nominal.
                Cn= S/K
en donde:
   Cn= capacidad nominal
   S= Superficie de calefacción (en m2 o pie2 )
   K= 0.93 m2/H.Pcaldera o 10 pie2/H.Pcaldera
La potencia nominal no expresa las limitaciones de
  capacidad de las calderas de hoy día, ya que la mayoría
  de las calderas de las centrales térmicas pueden
  desarrollar del 400 al 600% de su capacidad nominal


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Por ciento de carga de una caldera
(R)
     Se llama por ciento de carga a la
 relación entre el calor que se transmite por
 hora y el que se debería transmitir de
 acuerdo con su superficie de calefacción a
 razón de 8510 kcal/h H.Pcaldera o bien
 33500Btu/h H.Pcaldera
         R=[ms(h – hf)K/8510(S)] o
          R=[ms(h – hf)K/33500(S)]
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Rendimiento Global
(eficiencia térmica)
      A la relación entre el calor transmitido y el
  calor suministrado por el combustible se le
  conoce como eficiencia térmica () o
  rendimiento global.

                = [ms (h – hf)/mfxF]x100
En donde:
mf= peso del combustible quemado en Kg/h
F = Poder calorífico superior del combustible en
  kcal/h
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Balance térmico de un generador
de vapor
     La distribución del calor resultante de la
 combustión del combustible en el hogar de
 una caldera se comprende mejor por medio
 del balance térmico, el cual consiste en
 elaborar una tabla, con el calor absorbido por
 el generador de vapor y con las pérdidas
 varias de calor ocurridas en la combustión.
 Generalmente los cálculos se expresan en
 kcal/kg y en % o bien en Btu/lb y en %. Los
 conceptos que se consideran son los
 siguientes:

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Calor absorbido por el generador
de vapor
El calor absorbido por el generador de vapor
  (incluyendo economisador y sobrecalentador en
  caso de utilizarlos), puede calcularse de la
  siguiente manera:
                H1=ms/mf[(h2 – h1)]
H1 = calor absorbido por el agua y vapor por kg de
  combustible tal como se quema en kcal/kg
h2= entalpía del vapor a la salida de la caldera en
  kcal/kg
 h1= entalpía del agua de alimentación a la
  entrada de la caldera en kcal/kg
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Pérdidas caloríficas debidas a la
humedad del combustible
La humedad del combustible se vaporiza y abandona la
   caldera en forma de vapor sobrecalentado. La presion
   absoluta parcial del vapor en los gases de combustión
   es 0.07 kg/cm2 su temperatura es la de los gases.
                       H2= Mm(h” – h´)
H2= pérdidas de calor en kcal/kg
Mm= humedad del combustible en kg/kg o %
h”= entalpía del vapor sobrecalentado a una presión abs.
   0.07 kg/cm2 y temperatura de los gases en kcal/kg.
h´= entalpía de liquido saturado a la temperatura a que
   entra el combustible en el hogar en kcal/kg.

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CALOR PERDIDO POR LA
COMBUSTIÒN DEL HIDRÒGENO
El hidrógeno del combustible al quemarse
 se transforma en agua, la que abandona
 la caldera en forma de vapor
 sobrecalentado.
               H3=9HY(h” – h’)
HY = peso del hidrógeno en kg/kg de
 combustible tal como se quema

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 Calor perdido por humedad del aire
  Este calor perdido es pequeño y se calcula de la siguiente
                             manera :
                        H4= mvcm(Th – Ta)
 mv= % de saturación del aire en forma decimal multiplicado
    por el peso del vapor de agua requerido para saturar 1kg
      de aire seco (tabla XVIII del apéndice del SEVERNS)
    multiplicado por el peso de aire seco empleado por Kg. de
                 combustible tal como se quema.
cm = calor especifico medio del vapor (0.46kcal/Kg. oC)
Th = temperatura de los gases a la salida de la chimenea. en
   oC

Ta = temperatura del aire a la entrada de la caldera en oC

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Calor perdido con los gases secos
de la chimenea
Esta pérdida es la mas importante y se calcula asi:
                    H5= mdhcmh (Th – Ta)

          mdh=[(4CO2 + O2 + 700)/3(CO2+ CO)]XC1
cmh = Calor especifico de los gases (0.24 Kcal/kgoC )
CO2, O2 y CO = % en volumen de estos gases
                   C1 =(mfcf – mrcr)/mfx100
Cf = carbono del combustible segun analisis elemental (%)
mr =residuos y cenizas en kg o en %
Cr =carbono contenido en mr en kg o en %
C1= carbono realmente quemado en kg o en %
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Calor perdido por combustible
gaseoso sin quemar
Esta pérdida generalmente es pequeña y se
 debe a que el aire es insuficiente para la
 combustión lo que da como resultado que
 parte del combustible forme monóxido de
 carbono
      H6=[CO/(CO2+ CO)]X 5689.6C1
H6= pérdidas caloríficas en kcal/kg de
 combustible tal como se quema
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Calor perdido por combustible sin
consumir contenido en cenizas y
residuos
Parte del carbono del combustible, ya sea
 sin quemar o parcialmente quemado, cae
 en el cenicero. Esta pérdida depende del
 tipo de parrilla, velocidad de combustión,
 tamaño y clase de carbón.
              H7=(8148mrcr)/mf
H7 =pérdidas caloríficas en kcal/kg de
 combustible tal como se quema
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Calor perdido por hidrógeno e
hidrocarburos sin consumir,
radiación y otras pérdidas
Estas pérdidas se determinan restando el
 calor absorbido por la caldera y las
 pérdidas caloríficas del 2 al 7, de la
 potencia calorífica superior del
 combustible tal como se quema.
 H8 = PCS –(H1+H2 +H3 +H4 +H5+ H6+H7)
PCS = poder calorifico superior del
 combustible tal como se quema kcal/kg
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 Balance térmico por kg de
 combustible quemado
        concepto                    Proc. cálculo             kcal %
Calor absor caldera                 H1=ms/mf[(h2 – h1)]

Humed. Combustible                    H2= Mm(h” – h´)

H2 del combustible                    H3=9HY(h” – h’)

Humedad del aire                     H4= mvcm(Th – Ta)


Gases en chimenea                   H5= mdhcmh (Th – Ta)



Combustión incomp             H6=[CO/(CO2+ CO)]X 5689.6C1

Combustib en z y es                  H7=(8148mrcr)/mf

Perdidas por radiación        H8 = PCS –(H1+H2 +H3 +H4 +H5+
                                           H6+H7)
varias                ING. RAUL GUERRERO MORENO                  19

				
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