Máquinas Térmicas Generadores De Vapor Y Calorímetros

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

Laboratorio de Máquinas Térmicas

Profesor M.I. Rogelio Escalera Campoverde

Reporte Práctica 2

Generadores de Vapor y Calorímetros

Objetivos

Describir los elementos que constituyen los generadores de vapor

Calcular la eficiencia y capacidad de una caldera, y el gasto de vapor.

Características generales de las calderas

La caldera es un intercambiador que transmite la energía producto de la combustión al fluido, comúnmente agua, para obtener vapor.

La transferencia de calor se realiza a través de una superficie de la calefacción, formada por paredes y bancos de tubos. La superficie de calefacción es el área de una caldera que por un lado está en contacto con los gases y por el otro, con el agua que se desea calentar y evaporar.

Existe una gran variedad de tamaños: desde las domésticas para calefacción, hasta las que se usan en plantas termoeléctricas capaces de producir hasta 1250[kg/s] de vapor, a presiones de aproximadamente 17.5 a 28[MPa] y temperaturas de sobrecalentamiento superiores a los 530[°C].

Dispositivos esenciales que constituyen un generador

Un generador de vapor es un conjunto de equipos y aparatos que se combinan para producir vapor. Los componentes principales son:

Caldera

Horno

Lugar donde se realiza la combustión; generalmente se encuentra formado por paredes de refractario y bancos de tubos por los que circula agua y vapor.

Quemadores

Dispositivos tubulares donde se logra la adecuada mezcla aire-combustible cuando éste último es líquido o gas. En caso de que el combustible sea carbón, se tiene un molino o pulverizador adicional.

Chimenea

Ducto a través del cual se descargan los gases producto de la combustión.

Ventiladores

Tiro forzado: introducen aire al horno; tiro inducido: extraen los gases calientes del horno después de la combustión.

Bomba de agua de alimentación

Incrementa la presión del agua para alimentar la caldera

Sobrecalentador

Cambiador de calor en el que se da el sobrecalentamiento deseado del vapor.

Atemperador

Cambiador de calor donde se regula el grado de sobrecalentamiento o temperatura del vapor; puede ser de superficie o de contacto.

Calderas de recuperación

Las calderas de recuperación aprovechan el calor de los humos producidos en procesos de combustión o de las corrientes de evacuación de procesos industriales para la generación de agua sobrecalentada o vapor saturado.

Las calderas de recuperación se emplean en un gran número de aplicaciones en combinación con turbinas de gas y plantas de cogeneración. Asimismo, considerando los costes energéticos en continuo aumento, en los procesos industriales cada vez se aprovecha más el calor generado a través de calderas de

recuperación.

Las calderas de recuperación están construidas siguiendo el principio de los tubos de humos. Los humos calientes se conducen a través de los haces de tubos y estos trasmiten el calor al agua de la caldera.

En los recuperadores de humos, el agua fluye a través del interior de los tubos y los humos fluyen alrededor de los mismos dentro de la carcasa del recuperador. Los recuperadores de humos se emplean principalmente para el aprovechamiento de humos más “fríos“, para la producción de agua caliente.

En el lado de entrada y salida de las calderas de recuperación disponen de colectores de recogida de humos, con registros de limpieza, en los que se conectan los conductos de los humos.

Para minimizar las perdidas por radiación, las calderas de recuperación están equipadas con un aislamiento térmico compuesto de 120 mm, envuelto en una capa de chapa lacada.

Dispositivos que incrementen la eficiencia de un generador

Calentador de aire

Cambiador de calor donde los gases producto de la combustión, después de haber cedido parte de su energía a la caldera, calientan el aire para hacer más eficiente la combustión.

Economizador

Cambiador de calor donde los gases de la combustión transmiten otra parte de se energía con la cual aumentan la temperatura del agua de alimentación que va a la caldera y mejoran, y mejoran la eficiencia del generador debido a que se recupera parte del calor que de otro modo se disiparía en la atmósfera.

Precalentador de combustible

Al utilizar combustóleo o aceite combustible, su viscosidad se disminuye por medio de un calentamiento previo al quemador; se usa un serpentín de vapor o una resistencia eléctrica.

Cálculos

Para el cálculo de todas las incógnitas de esta práctica se cuenta con los siguientes datos.

E_v=1050[kg/hora]

P_atm=0.78[bar]

C_p=4.186[kJ/(kg°C)]

PCS=42600[kJ/kg]

ρ=800[kg/m^3 ]

Estos son los datos obtenidos en el laboratorio de forma experimental

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