### 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

1


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

2


INTRODUCCIÓN

3


I. OBJETIVOS

II. FUNDAMENTACION TEORICA

4


III. METODO Y ESQUEMA EXPERIMENTAL

5


IV. DATOS DE OPERACIÓN

6


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

7


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)*


(Kg/hr)**


(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

8

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

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


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:

9

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


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.

10


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

11


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


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

13


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 )

14


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

15


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

16


II. ESQUEMAS Y GRAFICOS

6.1 LINEA DE VAPOR

17


6.2 LINEA DE COMBUSTIBLE

18


6.3 LINEA DE TRATAMIENTO DE AGUA

19


III. CONCLUSIONES

20


IV. MAPA MENTAL DEL TEMA DESARROLLADO

21


V. BIBLIOGRAFIAS

22


VI. ANEXOS

23

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