DISEÑO DE CHIMENEAS

QUE ES UNA CHIMENEA ?

• Se definen como Chimeneas a los conductos construidos para dar salida a la atmósfera libre a gases resultantes de una combustión

Elementos para definir una chimenea

• Paso de gases• Altura• Tipo de Material

Estructural• Tipo de

revestimiento interno

Para tener en cuenta

• Catalogo del proveedor• La temperatura máxima de

utilización.• Altura de la chimenea• Composición de gases• Recubrimientos• Fuerzas externas• Especificaciones de

construcción local• Medio ambiente

Cono salida libre

Modulo recto

Cubreaguas

TE

Soporte regulable

PARTES DE UNA CHIMENEAadapta

dor

Partes de una chimenea

Partes de una chimenea

Composición de los humos

• El humo es el fluido que pasa por la chimenea derivados de la combustión en la caldera

CO: Producto de una combustión incompleta

O2 Y N2 : Exceso de aire comburenteSOX y CO2: Mucho combustibles

sólidos en mezcla con aire.

Paso de humosDefine el diámetro de los tubos de la

chimenea.• Velocidad del humo (V): considerada entre 5

y 17 m/s, donde se usa una media de 10m/s.• Flujo másico (Q).• Temperatura del humo (Th)

• (d0) Densidad de los humos a presión atmosférica

Flujo másico (Q)• Para el calculo del flujo másico de manera efectiva

usamos la expresión:

Q=1,2( PF + e PC )(n)P /PCI• Donde:

– PF=poder fumígero. medido en Nm³/kg– PC= poder comburivero. Nm³/kg– Rendimiento de la caldera.– PCI= poder calorífico inferior del combustible. kJ/kg– P es la potencia térmica útil del generador,

expresada en Kw;– e es el exceso de aire

Altura de la chimenea• Dispersión de humos

en atmosfera libre.• Obtención de una

depresión en la base.• Tiro natural• Tiro forzado• Tiro inducido• Temperatura de

humos en la coronación

Dispersión de humos en atmosfera Libre:

• Se debe seguir la Norma estipulada por la entidad Medio-Ambiental local.

• Colombia: Ministerio del Medio Ambiente

Norma SINA (sistema nacional ambiental)

Depresión mínima en la base

• Circulación del humo proporcionándole energía cinética.

• Creación de un diferencial de presiones entre la atmosfera y la caldera.

• Tipos de obtención de depresión mínima.

1. Tiro forzado2. Tiro natural3. Tiro inducido

Depresión mínima

• En general depende de varios factores:

ΔP1: la cual vendrá determinado por el tipo de instalación de que se trate.

• ΔP2 en la chimenea puede expresarse como un factor de la energía cinética de los humos y de su altura relativa H/D:

Depresión mínima

Para efectos de calculo, la depresión necesaria es calculada mediante la siguiente formula:

Donde:dH: diámetro Hidráulico.f: factor de fanning.H/D: altura relativa de la chimenea.

Depresión mínima

Para efectos de calculo mas prácticos, incluyendo la rugosidad media podemos expresarla de la siguiente manera

Donde:TH: Temperatura en la basef: Factor de fanning.H/D: altura relativa de la chimenea.

Tiro natural

• Aprovecha el empuje de Arquímedes. Mas que todo la diferencia de temperaturas entre el humo y la atmosfera.

• Consideramos temperaturas diferentes, pero uniformes, para efectos de calculo.

• Perdidas de temperatura en la chimenea es aproximadamente de 0,08 ºC/m.

Tiro Natural

—d0 = Densidad de los humos a 0ºC y 1 atm, Kg/Nm3

—H = Altura de la chimenea, m —Ta = Temperatura ambiente, ºC —TH = Temperatura de los humos en la base—P = Presión atmosférica en la base de la

chimenea —Po = Presión atmosférica a la altura del mar

Tiro Forzado

• Humos aspirados por ventiladores especiales resistentes a las agresiones de los químicas producidas.

• Ventaja: delimita la altura a la exigida por la legislación local.

• Desventaja: requiere de consumo de energía eléctrica, y en la mayoría de casos de un segundo ventilador auxiliar.

Tiro Inducido

• Inyectar (inducir) aire ambiente mediante un ventilador para ser expulsada.

• Ventajas– Altura no superior exigida por la

legislación.– Costos menores en ventilador

• Desventaja: – Gastos en energía eléctrica.

Temperatura de humos en la Coronación

Tc: temperatura de los humos en la coronación de la chimenea, ºC T : temperatura de los humos en la base de la chimenea, ºC Ta: temperatura del aire ambiente, ºC Dc: diámetro exterior máximo de la chimenea, m H : altura de la chimenea, m q : caudal de los gases, Kg/h Cp: calor específico de los humos, Kcal/Kg/ºC U : coeficiente global de transmisión calorífica humos / aire ambiente.

Coeficiente global de transmisión calorífica humos

• hh: coeficiente de transmisión calorífica humos / pared interior de chimenea

• ha: coeficiente de transmisión calorífica aire ambiente / pared exterior de la chimenea

• (conductividad térmica / espesor), de la pared de la chimenea

Material estructural

Chimenea mediados siglo XX Chimenea actualHormigón reforzado

Resistencia Externa

• Cargas de uso:– Pasarelas de verificación y mantenimiento de

la chimenea• (1KN/m por pasarela(carga excéntrica)+2KN/m carga

distribuida)

• Viento:– Se calcula como una viga empotrada en un

extremo, con carga distribuida debida a la acción del viento, el cual debe considerarse máximo por efectos de seguridad.

• Sismos

Material para revestimiento interior

• Común: materiales silico-aluminosos, de bajo costo y buena resistencia a la abrasión, corrosión y oxidación.

• En casos especiales: – materiales borosilicatados por

producción acida.

Comprobación del diseñoAnálisis dinámico. Determinación de tensionesequivalentes de Von Mises

Análisis térmico. Configuración deformada y distribuciónde tensiones equivalentes de Von Mises

Comprobación del diseñoAnálisis dinámico. Determinación de frecuenciasy modos de vibración.

GRACIAS