Cálculos Calderas

ANTECEDENTES
Una planta de alimentos es diseñada de acuerdo a los siguientes requerimientos:
1. Una marmita que utiliza vapor a 125 psig saturado a razón de 700 lb/h de vapor, la cual opera 6 h / día.
2. Un secador de túnel, que utiliza 2 entradas de vapor a 60 psig, una corresponde a un flujo de vapor de 825 lb/h y la otra de 450 lb/h.
3. Dos equipos de esterilización, que utilizan vapordirecto a razón de 500 lb/h de vapor a 50 psig saturado, el cual opera 8 h/día.
4. Dos intercambiadores de calor, que utilizan vapor a 100 psig saturado a razón de 2000 lb de vapor /h cada uno, los cuales operan 24 h/día.
5. La planta se sanitiza utilizando una mezcla de vapor a 50 psig saturado y agua a temperatura ambiente, para utilizar agua caliente a 75ºC. Se utilizan 4 diferentes puntospara esterilizar (en diferentes áreas) y cada área utiliza 25 gal/min de agua caliente durante 2 h/día.
6. Mezcladora con calentamiento, que utiliza vapor a baja presión, procedente del tanque de flasheo, localizado cerca del intercambiador del primer nivel; esta mezcladora utiliza el vapor flasheado del condensado del intercambiador de calor.
Distribución de la planta:
1. La caldera, poraspectos de área, se localizará a 50 m del equipo más cercano de consumo de vapor, siendo este equipo la marmita.
2. El secador de túnel se encuentra arriba de la marmita, en un tercer nivel. Los equipos de esterilización se encuentran 65 m al lado derecho del secador de túnel.
3. Los intercambiadores de calor se encuentran uno 25m al lado derecho del secador de túnel y el otro a 75m de la calderaen dirección a la marmita, en primer nivel.
4. A la caldera ingresa agua de alimentación a 147ºF y genera vapor a 150 psig, los sólidos totales disueltos del agua de caldera son de 2750ppm, y los sólidos totales disueltos del agua de alimentación son de 170ppm. El perfil promedio de temperatura de la carcasa de la caldera es de 110ºF y el área superficial de caldera es de 1350pie2. El porcentajede exceso de O2 de gases de escape es de 10% y la temperatura de los gases de 240ºC. La caldera utiliza como combustible, bunker, el cual se compra a 11.45 Q/gal. (poder calorífico es 0.15 MBtu/gal)
5. La planta opera durante 330 días/año, incluyendo sábados y cada sábado se para la planta a las 10pm y arranca de nuevo el lunes a las 7 am.
Determinar:
1. Eficiencia de combustión
2.Eficiencia de caldera
3. Rendimiento
4. Las pérdidas por radiación y convección en todas las líneas de distribución de vapor sin aislamiento.
5. Si se aíslan todas las líneas de distribución de vapor con cañuela de fibra de vidrio de 1pulg de espesor, se pierde únicamente el 10% de energía respecto a la pérdida de energía de la tubería desnuda. ¿cuánta energía se pierde al aislar la tubería?
6.Elaborar un flowsheet (layout de distribución) de todo el sistema de vapor, incluyendo determinación de diámetros de tubería por sección en el sistema de vapor.

CÁLCULOS PREVIOS

CÁLCULO DE REQUERIMIENTOS DE VAPOR Consumo anual por equipo
Marmita Secador de túnel Primera entrada Segunda entrada Totales para el secador Equipos de esterilización Para 2equipos que consumen 500lb/h cada uno, en total: Intercambiadores de calor Para 2 equipos que consumen 2000lb/h cada uno, en total: Sanitizadores Para un consumo de 25 gal/min durante 2 h/día, de agua caliente (a 75 oC) preparada con una mezcla de vapor a 50 psig saturado y agua a temperatura ambiente. Se utilizan 4 diferentes puntos para esterilizar (en diferentes áreas): Consumoanual por cada sanitizador Dada la densidad del agua a 75 oC: , Calor requerido para llevar agua de temperatura ambiente a 75 oC: Calor requerido para llevar vapor saturado a 50 psig hasta 75 oC: Composición de la mezcla: Sustituyendo, se encuentra que los flujos requeridos, tanto de agua fría como de vapor saturado, son los siguientes: Por tanto, el consumo...