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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN QUEMADOR EXPERIMENTAL DE ACPM DE ALTA


Enviado por   •  7 de Octubre de 2012  •  Trabajo  •  2.997 Palabras (12 Páginas)  •  538 Visitas

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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

...

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