Metodología de cálculo de la eficiencia térmica de generadores de vapor

Metodología de cálculo de la eficiencia térmica de generadores de vapor
Marcos A. Golato*, Federico J. Franck Colombres*, Gustavo Aso*, Carlos A.Correa** y Dora Paz*
*Sección Ingeniería y Proyectos Agroindustriales, EEAOC. ingenieria@eeaoc.org.ar
**Cátedra de Balances de Masa y Energía. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, UNT.
Resumen
Se desarrolló un método matemáticodeterminístico de procesamiento de registros experimentales, aplicable a un sistema generador de vapor-precalentador de aire en estado estacionario, que opere con uno o dos combustibles simultáneamente, para determinar la eficiencia térmica del mismo y la eficiencia con la que se oxida el combustible, como así también el rendimiento del intercambiador de calor. La mecánica de procesamiento se basa en laresolución de los balances de materia y energía sobre los diferentes equipos que conforman el sistema. Esta metodología es aplicable a aquellos generadores de vapor que empleen, como combustible, bagazo, gas natural o ambos (caldera mixta). Se ilustran, como ejemplos de aplicación, los resultados del cálculo de la eficiencia térmica de diferentes generadores de vapor para cada tipo de combustibleprocesado, empleando para ello datos de diversos ensayos experimentales. La resolución de los balances de materia y energía en una caldera que quema bagazo, dio como resultado un rendimiento térmico del 53,2% y un índice de generación de 1,38 kg de vapor/ kg de bagazo. Para una caldera cuyo combustible es gas natural, se obtuvo un rendimiento térmico del 76,7% y un índice de generación de 9,8 kg devapor/ Nm3 de gas natural. Para una caldera que quema en forma simultánea bagazo y gas natural, se determinó un rendimiento del 68,3% y un índice de generación de 1,87 kg de vapor/ kg de bagazo equivalente. Como validación de esta metodología, se contrastan estos valores de eficiencia con los obtenidos según el código propuesto por la American Society of Mechanical Engineers (ASME).
Palabras clave:balances, energía, calderas, rendimiento, particulado.
Abstract
Methodology to calculate thermal efficiency of steam boilers
A deterministic mathematical method for processing experimental data, applied to a steam generator-air heater system in stationary state which operates with one or two fuels simultaneously, was developed to determine the thermal of the system, as well as fuel combustionand heat exchanger efficiency. The methodology is based on the resolution of matter and energy balances for each of the system components. This methodology can be applied to steam generators using bagasse, natural gas or both (as a blend) as fuels. Examples of thermal efficiency calculations, using data from several experimental tests on steam generators where each type of fuel processing occurs,are presented. The resolution of matter and energy balances in a boiler fired by bagasse gave a thermal efficiency of 53.2% and a rate of 1.38 kg of steam/ kg of bagasse. For a boiler fired by natural gas, a thermal efficiency of 76.7% and an index of 9.8 kg of steam/ Nm3 of natural gas, were obtained. For a boiler fired simultaneously by bagasse and natural gas, a yield of 68.3% and an index of1.87 kg of steam/ kg of equivalent bagasse were recorded. To validate this methodology, these values were contrasted with the efficiency values obtained in accordance with the American Society of Mechanical Engineers (ASME) code.
Key words: balances, energy, boilers, yield, particulate.
Introducción
El objetivo principal de la generación de vapor es producir vapor a una presión mayor a laatmosférica, de manera de aprovechar la energía que posee en tales condiciones y cubrir las necesidades de la fábrica.
El calor necesario para evaporar el agua proviene de la energía liberada en el proceso de oxidación de un combustible. Dicha liberación de energía se manifiesta en forma de calor (calor de combustión) y se transfiere al agua por mecanismos de radiación, convección y conducción.
La...