Balance de energía

[pic 1]

[pic 2]

Balance de Energía

Proyecto 2° semestre 2010

Profesor: Luis Vega

Alumno: Michel Camus

Introducción:

• Se dispone de agua liquida a 16 °C que será calentada por la quema completa de gas natural a 18 °C con aire que posee un 20% de exceso.

• Se dispone de un gas natural que entra a la caldera en estado gaseoso a 10 °C. Con la siguiente composición en porcentaje molar:

Metano 5%

Propano 75%

Butano 20%

• En la caldera existe una perdida de Calor, que consiste en que el 40% del calor generado en la caldera se pierde.

A fin de simplificar los cálculos, asumiremos que el vapor de agua al igual que los gases de chimenea salen a la misma temperatura de 198.32 °C.

Objetivos:

1. Cuando se quema combustible en toda reacción de combustión se libera gran cantidad de energía. Esta energía la utilizaremos para elevar la temperatura del agua y así producir 1 Ton/min de vapor saturado a 15 bares.

Es por ello que determinaremos los Litros por minuto de combustible que se requiere alimentar a la caldera.

1. Al precalentar el agua a la entrada de la caldera se busca disminuir el requerimiento de energía para elevar la temperatura del agua, así se disminuye la cantidad de combustible que debemos usar

Es por ello que determinaremos cuanto combustible se podría ahorrar precalentado el agua de alimentación a la caldera con los gases de combustión.

Esquema I

[pic 3]

Esquema II

[pic 4]

        Resolución I:        

Para abordar el primer objetivo nos daremos como incógnita “A” al flujo de alimentación fresca de combustible a la caldera en kmol por minuto.

Nos daremos una temperatura óptima de funcionamiento promedio para la caldera de unos 600°C para la salida de los gases de combustión, ya que así alcanzaremos la producción de vapor de forma más eficiente.

La tonelada de vapor saturado que debemos producción se encuentra a 1500 kpa y 198.32 °C, con un peso molecular de 18.016 kg/kmol nos indica que debemos producir 55.5062 Kmol de vapor de agua.

En la caldera se llevan a cabo las siguientes reacciones:

Reacción 1: CH4 +  2 O2   🡪   CO2  +  2 H2O

Reacción 2:       C3H8  +  5 O2   🡪   3 CO2  +  4 H2O

 Reacción 3:       C4H10  +  13/2 O2   🡪   4 CO2  +  5 H2O

Trabajaremos los compuestos en la siguientes tres etapas:

Combustible 10°C y aire a 18°C  🡪 reaccionan a 25°C  🡪   productos de la combustión   a 600°C

Calor de los reactantes de la combustión: CH4, C3H8, C4H10, N2 Y O2:

CH4:[pic 5]

C3H8:[pic 6]

C4H10:[pic 7]

O2:[pic 8]

N2:[pic 9]

   : [pic 10]

Calor de las reacciones:

Reacción 1:       CH4  +  2 O2   🡪   CO2  +  2 H2O

[pic 11]

==  -40115.5 A (kJ)[pic 12]

Reacción 2:       C3H8  +  5 O2   🡪   3 CO2  +  4 H2O

[pic 13]

==  -1532988 A (kJ)[pic 14]

...