RELACIONES
FUNDAMENTALES
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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