Plantas De Vapor

Introducción

El presente trabajo es el examen final de la clase PLANTAS DE VAPOR impartida por el Doctor Mario Santizo quien nos enseño y nos dio todas las herramientas para poder resolver los siguientes casos mostrados mas adelante.

El caso 1 es una caldera pirutubular de espalda húmeda de 3,350 pie2 que usa bunker como combustible para su operación, la cual opera 7,000 horas al año y posee 4 sistemas que utilizan el vapor producido por lo que se nos pide el dimensionamiento de la tubería para cada sistema.

El caso 2 es hacer el layout de una planta de detergente donde en el caso nos describen la distribución de cada componente y sus parámetros de operación, para poder dimensionar y hacer el layout lo mas cercano a la realidad posible.

Para lograr resolver estos casos se utilizo los apuntes de la clase, las herramientas proporcionadas por el Doctor Maro Santizo por medio del portal de la Universidad y el libro de TERMODINAMICA 6ta EDICION de Yunus A. Cengel y el programa Visio que nos ayudo a diagramar el sistema del caso 2.

El procedimiento para la resolución de cada caso fue principalmente leer el caso, analizar la situación que se planteaba y empezar a buscar los datos necesarios en las tablas y realizar los cálculos necesarios para poder llegar a obtener los resultados requeridos para cada uno de los caso.

CASO 1 [70 puntos]

Una caldera pirotubular de espalda húmeda de 500 Bhp, genera vapor a 110 psig saturado. El análisis de gas de escape determina que contiene 7% de O2 y una temperatura de 550F. Las pérdidas por convección y radiación son de 1.00%. Los sólidos totales disueltos del agua de alimentación son de 100 ppm y del agua de caldera de 3,150 ppm. La caldera opera 7,000 horas por año. Utiliza búnker para su operación y el costo es de Q 25 por galón. El agua entra a la caldera a 70C. La temperatura ambiente es de 80F y la del perfil de la carcasa de la caldera de 53C. La caldera posee un área superficial de 3,350 pie2. El consumo de búnker es de 80 galones por hora. El vapor requerido se utiliza en cuatro sistemas de consumo de vapor. El sistema 1 requiere del 30% del vapor, el sistema 2 requiere del 25% del vapor, el sistema 3 requiere del 20% del vapor y el resto es sistema 4. La tubería del sistema 1 posee 1,000 pies de largo y una presión de consumo de 80 psig. El sistema 2 y 4 requiere de 800 pies y 90 psig cada uno. El sistema 3 requiere de 850 pies y 75 psig. Determine los diámetros de tubería para cada sistema.

Tabla 1.Datos Iniciales

Potencia 500 Bhp

Presión de Vapor 110 psig

%O2 7%

Perdidas Convección y Radiación 1%

Sólidos Totales Disueltos en agua alimentación 100ppm

Sólidos Totales Disueltos en agua de caldera 3,150ppm

Horas Operación de la Caldera 7,000 horas/año

Precio galón Bunker Q.25

Temperatura Agua entrada a caldera 70°F

Temperatura Ambiente 80°F

Área superficial 3,350 pies2

Consumo Bunker 80 galones/hora

Tabla 2. Datos Iniciales Sistemas

Sistema %Vapor Longitud (pies) Presión (psig)

1 30 1000 80

2 25 800 90

3 20 850 75

4 25 800 90

Secuencia de Cálculos

Primero en la tabla de eficiencias de combustión buscamos un contenido de 7% de O2 y una temperatura de 470°F e interpolando obtenemos una eficiencia de combustión de:

Luego encontramos las pérdidas por purgas de la siguiente manera:

Donde la entalpia de condensado es= 125.99 Btu/lbm y la entalpia de vapor es 1,191.45 Btu/lbm, estas fueron obtenidas de la tabla A-4E.

Grafica 1Eficiencia de Combustión

Ya que tenemos el porcentaje de perdidas por purgas, la eficiencia de combustión y las perdidas por radiación y convección ya podemos obtener la eficiencia de la caldera.

Sabiendo que la eficiencia de la caldera también es igual a:

Obtenemos el flujo masico de vapor que utiliza el sistema:

Por los datos que nos da el problema solo conocemos el largo de la tubería y como no conocemos la longitud de los demás accesorios, podemos asumir que el efecto de forma en la tubería es de 0.10 o 10% lo cual nos permite calcular las longitudes equivalentes para cada sistema.

Tabla 3. Longitudes Equivalentes

Sistema Longitud

(pies) Efecto de Forma Longitud Equivalente (pies)

1 1000 1.10 1,100

2 800 1.10 880

3 850 1.10 935

4 800 1.10 880

Luego de la tabla “factores de presión para dimensionamiento de tuberías” obtenemos los factores de presión:

Tabla 4. Factores de Presión

Sistema Factor de Presión

1 6,770

2 8,210

3 6,080

4 8,210

Caldera 11,515

DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍA SISTEMA 1

Primero calculamos el factor de caída de presión:

Ahora se asume el dato que debido a la radiación en la línea se perderá 1% por cada 100 pies por lo que obtenemos:

Luego obtenemos del cuadro 3, “Capacidad de tuberías y factores de caída de presión”, los siguientes puntos:

• Factor de caída de presión de 4.

• Flujo de vapor de 3,250.

Y esto

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