DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN QUEMADOR EXPERIMENTAL DE ACPM DE ALTA
Enviado por DANILO_73 • 7 de Octubre de 2012 • Trabajos • 2.997 Palabras (12 Páginas) • 497 Visitas
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN QUEMADOR EXPERIMENTAL DE ACPM DE ALTA
PRESIÓN TIPO CAÑÓN
RESUMEN
En el presente artículo se pretenden dar a conocer los avances del proyecto de
investigación: “Diseño, construcción, control y pruebas de un quemador
experimental de ACPM de alta presión tipo cañón, para el Laboratorio de
Térmicas”. Se muestran uno a uno los pasos que se desarrollaron para el diseño,
la selección de componentes y la posterior construcción del quemador.
PALABRAS CLAVES: Combustión, quemadores, ACPM, boquillas.
ABSTRACT
This paper shows the research advances in the project: “Design, construction,
control and tests of an experimental ACPM high pressure burner to the
Thermal Lab”. One by one are explained the development steps for the design,
components selection and the burner construction.
KEYWORDS: Combustion,burners, fuel-oil, sprays.
JUAN ESTEBAN TIBAQUIRÁ G.
Profesor asistente, M.Sc., I.M.
Facultad de Ingeniería Mecánica
U.T.P.
juantiba@utp.edu.co
MAURICIO Y. CARMONA G.*
ANDRÉS ANTONIO ACOSTA O.*
* Estudiantes último semestre
Facultad de Ingeniería Mecánica
U.T.P.
1. INTRODUCCIÓN
El proyecto de investigación: “Diseño, construcción,
control y pruebas de un quemador experimental de
ACPM de alta presión tipo cañón, para el Laboratorio de
Térmicas”, está enmarcado dentro del grupo de
investigación en Sistemas Térmicos y Potencia Mecánica
de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la U.T.P. En
este artículo se mostrarán las siguientes etapas del
proyecto:
• Análisis preliminar.
• Diseño y selección de componentes del sistema de
inyección de combustible.
• Diseño y selección de componentes del sistema de
alimentación de aire.
• Diseño y selección de componentes del sistema de
encendido del quemador.
• Ensamble de los sistemas de operación del
quemador.
Un quemador experimental de ACPM de alta presión
tipo cañón es un dispositivo utilizado para quemar
combustibles líquidos y está compuesto por los
siguientes sistemas: Sistema de combustible, Sistema de
alimentación de aire, Sistema de encendido.
2. ANÁLISIS PRELIMINAR
Para diseñar un quemador existen dos parámetros de
diseño principales, que son el tipo de combustible a
quemar y la potencia calorífica. En este proyecto se
decide diseñar un quemador experimental de ACPM
(aceite combustible para motores) de alta presión tipo
cañón o combustible diesel corriente, este es un destilado
medio obtenido de la destilación atmosférica del petróleo
crudo, porque es fácil de conseguir, no demanda
precalentamiento, es un combustible que aún es usado en
la industria y no requiere cuidados o instalaciones
especiales en el almacenamiento, aunque es conocido que
existen otros combustibles líquidos, como el
combustóleo No. 8, mas baratos pero que no tan
comerciales y su manejo antes del proceso de combustión
requiere condiciones especiales.
En el mercado, los quemadores de más baja potencia
calorífica para ACPM son de 400000 BTU/h (422022
kJ/h)[1], de esta manera se decide diseñar y construir un
quemador de esta potencia. El poder calorífico
promedio para el ACPM es de 45000 kJ/kg [2] y [3] y la
densidad es 850 kg/m3. La masa de combustible
necesaria, es entonces la relación entre la potencia
calorífica solicitada, y el poder calorífico del
combustible.
Q = m Δh
• ∗
*
Donde:
•Q
: Potencia calorífica en kJ / h.
•m
: Flujo másico de combustible en kg/ h.
Δh : Poder calorífico del combustible en kJ / kg.
Así entonces el flujo másico de combustible será:
9.378
45000
= 422022 =
∗m
kg / hr
De esta forma, el caudal de combustible puede ser
hallado por medio de la densidad, de la siguiente forma:
ρ
•
•
∀ = m
Donde:
•m
: Caudal de combustible en kg / hr.
•∀
: Caudal de combustible en m3 / hr.
ρ : densidad del combustible en kg / m3.
Scientia et Technica Año IX, No 22, Octubre 2003. UTP
70
Así entonces el caudal de combustible para la potencia
calorífica solicitada será:
1.103 10 2
850
9.378 −
•
∀ = = x m3 / hr.
En la industria aún son utilizadas para el caudal de
combustible las unidades inglesas galones por hora.
Entonces es posible expresar que:
•∀
= 2.914 GPH
Para modelar químicamente la reacción de combustión,
los combustibles se simplifican como si fuesen un solo
hidrocarburo, aunque en la realidad estos son mezclas
complejas de hidrocarburos e impurezas, que dependen
de la fuente de petróleo crudo y de la refinería.
Para simplificar el estudio de la reacción química de la
combustión, en la práctica los combustibles
hidrocarburos se modelan así: CxHy, en este proyecto se
adopta esta aproximación y por lo tanto el diesel se
considera como C12H26.[4] y [5]
De esta manera para un proceso de combustión completa
de diesel, con exceso de aire y en una base de aire seco la
ecuación de reacción química es:
12 26 2 2 2 2 2 C H + Z ⋅ (18.5)(O + 3.76N ) →12CO +13H O +18.5 ⋅ (Z −1)O
Donde Z es el aire teórico. Y 18.5 es el coeficiente
estequiométrico para el aire teórico.
3. DISEÑO Y SELECCIÓN DE COMPONENTES
DEL SISTEMA DE INYECCIÓN DE
COMBUSTIBLE.
3.1 Bomba
Para la selección de la bomba es necesario conocer la
aplicación que tendrá (Fluido a bombear), caudal, presión
a manejar, así como las condiciones de instalación y
funcionamiento. Estos mismos requerimientos se deben
establecer para la correcta selección, de los demás
dispositivos en el sistema de inyección de combustible.
Para este caso la aplicación es el manejo, transporte y en
gran medida la atomización de combustible diesel
corriente de especificaciones colombianas. Se requiere
una presión entre 100 psig y 150 psig por las condiciones
...