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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

“FRANCISCO DE MIRANDA”

ÁREA DE TECNOLOGÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA Y PESQUERA

UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE TERMODINÁMICA APLICADA

PRÁCTICA

GENERADORES DE VAPOR

PROFESORES

Ing. Elier Garcia

Ing. Gelys Guanipa. MSc

Ing. Josmery Sanchez. MSc.

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GENERADORES DE VAPOR

INTRODUCCIÓN

Las unidades generadoras de vapor son aparatos utilizados para colocar a disponibilidad de un

fluido el calor de un combustible, y todos los elementos necesarios para transferir al agua que se

calienta tanta energía como sea comercialmente factible. Los generadores de vapor propiamente

dicho están constituidos por una caldera y el hogar, puede además incluir otros elementos de

absorción de calor como un sobrecalentador, economizador o un precalentador de aire, igualmente

puede incluir equipos auxiliares o de instrumentación y control para ayudar al correcto

funcionamiento de la unidad.

La caldera constituye un recipiente cerrado que genera vapor de agua a presiones superiores a la

atmosférica, absorbiendo el calor que desarrolla la combustión en el hogar. La temperatura del

líquido aumenta hasta alcanzar la de vaporización y se mantiene constante mientras el líquido se

convierte en vapor, una vez alcanzada la temperatura de ebullición a la presión de operación

continua el suministro de calor y se inicia la vaporización sin variación de temperatura. Mientras

exista liquido por evaporar, la mezcla de vapor y liquido se llama vapor húmedo, si el calor

suministrado es tal que la temperatura del vapor es la temperatura de vaporización se denomina

vapor saturado seco. El calor suministrado para realizar esta transformación se conoce como calor

de vaporización.

RESUMEN

SISTEMA DE TRATAMIENTO DEL AGUA: La dureza del agua varía considerablemente de un

lugar a otro. Por lo que es imperante la remoción de la dureza con el objetivo de prevenir la

corrosión, prevenir incrustaciones, arrastre y de esta forma producir en la caldera vapor de alta

calidad. A través de régimen de purgas, recuperación de condensado, descalcificadores,

desmineralizadores, reguladores de PH, coagulantes.

Tanques Potabilizadores: Reservorios de agua que permiten potabilizar el agua de

proceso.

Tanque de Zeolita: La Zeolita es un Silicato de Sodio y Aluminio, la cual se encarga de

eliminar el Calcio y el Magnesio presente en el agua por medio de un filtro.

Tanque de Poliamida: la poliamida es una resina de intercambio iónico que se obtiene por

reacción de condensación de un polímero, este polímero actúa como un aislante evitando

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que los protones del agua se adhieran a los electrones presentes en la superficie de las

tuberías.

Bomba dosificadora de Poliamida: se encarga de pulverizar la poliamida.

Desaireador: Se encarga de eliminar los gases corrosivos (oxigeno, dióxido de carbono,

etc.) a través del calentamiento del agua.

SISTEMAS DE AGUA DE ALIMENTACIÓN: Las principales fuentes de abastecimiento de agua

son las aguas de afluentes naturales, reservorios o aguas de desecho, en el caso del agua de

alimentación para las calderas se utilizan aguas tratadas ya que el proceso es más industrializado.

Tanque de alimentación: Se encarga de almacenar el agua tratada que será suministrada

a la caldera.

Bomba de alimentación: Se encarga de succionar el agua tratada del tanque de

alimentación y suministrarla a la caldera.

SISTEMA DE COMBUSTIBLE: Su función es suministrar el combustible al quemador que a su vez

producirá la flama en la caldera que transformará el agua tratada en vapor. Además de utilizar

combustibles líquidos algunos equipos también utilizan gas natural o mezclas de gases como en el

caso del flexigas en las empresas petroleras.

Tanque de combustible: es un recipiente cilíndrico donde se almacena el combustible

que será suministrado por la bomba al quemador.

Bomba de combustible: Se encarga de generar un cabezal de presión para bombear el

combustible desde el tanque de combustible hasta el quemador.

Quemador (Gasóleo doble flama): permiten realizar la mezcla para la reacción de

combustión entre el combustible y el carburante (aire-combustible) gracias a una

regulación precisa de las proporciones de ambos, para luego introducir la flama al hogar de

la caldera.

SISTEMA DE GENERACIÓN DE VAPOR: Su función es la de realizar el cambio de fase a una

presión y temperatura constante, calentando o hirviendo el agua hasta evaporar el fluido. Caldera

Acuotubular (Generador tipo 6MT-45, Presión máxima de trabajo 12 Kgf/cm2, vapor 450 Kg/h,

Potencia 270000 Kcal/h)

Contenedor metálico que sirve para calentar o hervir hasta evaporar un fluido, obteniendo

finalmente vapor de agua.

Tambor de vapor: Contenedor donde se almacena el vapor para luego ser suministrado al

sobrecalentador.

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Sobrecalentador: Es un dispositivo intercambiador de calor en donde el calor transferido

al vapor incrementa su temperatura, reduciendo las mezclas de vapor de agua en las

últimas etapas de la turbina incrementando así su eficiencia interna.

Chimenea: se utiliza para producir cierto tiro o circulación de los gases calientes a la

entrada de los tubos de la caldera. El tiro es la forma como circulan los gases calientes

dentro de la caldera.

Para otras generalidades consultar con Profesores y Técnicos del Laboratorio.

OBJETIVO GENERAL: Determinar el gradiente de calentamiento y rendimiento térmico de un

generador de vapor en ciclos ideales y reales.

EQUIPOS A UTILIZAR: Generador de vapor de la planta térmica de la UNEFM.

DATOS REQUERIDOS:

Variación de la temperatura del generador de vapor en intervalos de tiempo.

Desnivel del agua de alimentación.

Desnivel del combustible.

Presión de entrada y salida del generador de vapor.

Temperatura de entrada y salida del generador de vapor.

PROCEDIMIENTOS: El profesor explicará el procedimiento de la práctica y suministrará la

información necesaria. El estudiante deberá anotar la temperatura y presión del fluido de trabajo a

la entrada del generador de vapor. La práctica se inicia una vez que el técnico coloque en marcha

el quemador de la unidad generadora de vapor.

El estudiante tomará mediciones de la temperatura cada dos o tres minutos, hasta que se logre la

estabilización de la temperatura y presión, luego se aislará el tanque de combustible y el tanque de

agua de alimentación (se cierran las entradas de alimentación de ambos tanques), para proceder a

medir el desnivel o gasto en las mirillas en un tiempo determinado.

DATOS SUMINISTRADOS:

Densidad del agua para diversas temperaturas de entrada del agua de alimentación.

DENSIDAD DEL AGUA

TEMPERATURA °C DENSIDAD Lbm/pie3

27 38

62.216 61.996

49 61.709

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Presión de estabilización (Esta presión debe ser un valor por debajo de la presión máxima

de operación de la caldera que es de 12 Kgf/cm2, por lo general se suministran valores

entre 7 y 10 Kgf/cm2)

Densidad relativa del Gasoil ( =0.86).

Poder calorífico inferior (PCI=18000 BTU/Lbm).

Perímetro del tanque de agua (Pta=157 cm).

Perímetro del tanque de combustible (Ptc=110 cm).

FÓRMULAS A EMPLEAR:

Presión absoluta

ATMMANABS PPP

Donde:

:ABSP Presión absoluta.

:MANP Presión manométrica.

:ATMP Presión atmosférica.

Diámetro del tanque de agua y del tanque de combustible

)( DPTA → )/( TAPD

)( DPTC → )/( TCPD

Donde:

TAP : Perímetro del tanque de agua (Perímetro del tanque de agua 157 cm).

:TCP Perímetro del tanque de combustible (Perímetro del tanque combustible 110 cm).

:D Diámetro del tanque.

Flujo másico del agua

t

mm A

A

AGUAEAA Vm

AEA VV 75.0

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PROMA HD

V

4

2

Donde:

:Am Flujo másico de agua.

:Am Masa de agua.

:t Tiempo utilizado para realizar las mediciones en el tanque de agua.

:EAV Volumen efectivo de agua.

:AGUA Densidad del agua a la temperatura de entrada.

:AV Volumen aparente del tanque de agua.

:D Diámetro del tanque de agua.

:PROMH Gasto o desnivel promedio del tanque de agua.

Flujo másico del Gasoil.

t

mm C

C :

COMBCOMBC Vm

PROMC

C

COMB HD

V

4

2

AGUA

COMB

GASOIL

AGUAGASOILCOMB

Donde:

:Cm Flujo másico de combustible.

:Cm Masa de combustible.

:t Tiempo utilizado para realizar las mediciones en el tanque de combustible.

:COMBV Volumen del combustible.

:COMB Densidad del combustible.

:CD Diámetro del tanque de combustible.

:PROMCH Gasto o desnivel promedio del tanque de combustible.

:GASOIL Densidad relativa del Gasoil ( = 0.86).

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Rendimiento del generador de vapor ( ):

Calor absorbido por el agua / calor de los gases calientes de combustión

GC

AA

Q

Q

→

PCIm

hhm

C

ENTSALA

)(

Donde:

: Rendimiento del generador de vapor.

:AAQ Calor absorbido por el agua.

:GCQ Calor de los gases calientes de combustión.

:Am Flujo másico del agua.

:SALh Entalpía a la temperatura de salida.

:ENTh Entalpía a la temperatura de entrada.

:Cm Flujo másico del combustible.

:PCI Poder calorífico inferior (PCI = 18000 BTU/lbm).

Es necesario que determinar el Rendimiento en ciclos ideales como para ciclos reales, y de

esta forma comparar ambos resultados arrojando el análisis respectivo.

ENTSAL hh Para ciclos de Generación de Vapor Ideal, con el fin de encontrar ideal

ENTSAL hh Para ciclos de Generación de Vapor Real, con el fin de encontrar real

Gradiente de calentamiento:

t

TGT

IF

IF

Ttt

TTG

Donde:

:TG Gradiente de calentamiento.

:FT Temperatura final. :IT Temperatura inicial.

:Ft Tiempo final. :It Tiempo inicial.

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TRABAJO A REALIZAR: El estudiante realizará un informe técnico contentivo de lo siguiente:

Gráfico de la variación de temperatura (eje Y) en función del tiempo (eje X).

Determinar el flujo másico de agua y combustible a través de los desniveles de las mirillas

y los perímetros de los tanques.

Determinar el rendimiento térmico del generador de vapor, para ciclos ideales y reales.

Determinar el gradiente de calentamiento.

Representar el proceso de generación de vapor en un diagrama de la temperatura en

función de la entropía (T-S)

El informe técnico (reporte) de acuerdo al formato Paper* (doble columna) suministrado por el

Profesor, y deberá ser de las siguientes partes: Título de la Práctica, Resumen, Introducción, Datos

Experimentales, Resultados (en tablas, gráficos y/o ecuaciones de ajuste), Análisis de Resultados,

Conclusiones y Recomendaciones, Referencias Bibliográficas, Nomenclatura y Apéndices.

EVALUACIÓN:

Evaluación Pre laboratorio……………………….. 20%

Informe…………………………………….………….50%

Examen post-laboratorio…………………………...30%

BIBLIOGRAFÍA:

Frederick Morse. Centrales Eléctricas. Editorial Continental.

Marcelo Mesny. Generación de Vapor. Ediciones Marymar.

Irving Granet. Termodinámica. PHH. Prentice May. Tercera Edición.

Avellone. Manual del Ingeniero Mecánico. Mc Graw-Hill.

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FORMATO DE TOMA DE DATOS PRESIÓN Y TEMPERATURA DEL AGUA EN EL GENERADOR

ENTRADA SALIDA

PRESIÓN

TEMPERATURA

VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DEL AGUA CON RESPECTO AL TIEMPO:

SI LOS DATOS SON LEÍDOS CADA DOS MINUTOS (2 min):

TIEMPO (min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

TEMPERATURA (°C)

SI LOS DATOS SON LEÍDOS CADA TRES MINUTOS (3 min):

TIEMPO (min) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

TEMPERATURA (°C)

GASTO DE AGUA: DATOS DE DESNIVEL DEL TANQUE DE AGUA LEÍDOS CADA TRES MINUTOS (3 min):

DESNIVEL DE AGUA ΔH (cm)

ΔH1 ΔH 2 ΔH 3 ΔHPROM

MEDICIÓN (cm)

GASTO DE COMBUSTIBLE: DATOS DE DESNIVEL DEL TANQUE DE COMBUSTIBLES LEÍDOS CADA TRES MINUTOS (3 min):

DESNIVEL DE COMBUSTIBLE ΔH (cm)

ΔH1 ΔH 2 ΔH 3 ΔHPROM

MEDICIÓN (cm)

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