Diseño de una caldera

Primer examen parcial: Diseño de una caldera.
Alumno: Carlos Alberto Rodríguez Santoyo.
Materia: Máquinas y equipos térmicos.
Profesor: Dr. Alejandro Zaleta Aguilar.
Fecha: 10/ 03/ 2014.

Introduccion:
El análisis de diseño de esta caldera se divide en 2 partes, en la primera no se
considera que existe un economizador que calienta el agua de alimentación. En la
segunda parte ya seconsidera su existencia. En ambos casos se debe encontrar
el área de cada intercambiador de calor bajo análisis, encontrar el número de
tubos que lo conformaran.
Se diseñara una caldera que utilice 50% metano y 50% propano (CH4 y C3H8)
como combustible (es molar, es decir por cada mol). Utilice las consideraciones
del problema resuelto en clase resolviendo para el primer caso con pre calentadorde aire. Con el segundo caso instalando economizador. Calcular áreas de
transferencia de calor (evaporados, sobre calentador, economizador, calentador
de aire) (en el caso 1 no hay economizador) dimensiones del hogar (ambos
casos).
Primer diseño
Se comenzó por suponer que existe una temperatura de flama de flama de
1700° esto fue porque se considera que es una tem peratura aceptable ya que siC,
la incrementamos nos encontramos que sería un problema con el material de los
tubos ya que podría derretirlos.
Realizamos el balance de la reacción de combustión, considerando un exceso de
aire de 1.331, entonces nos arrojó los siguientes resultados:
X (CH4+C3H8)+A*EXA*(02+3.76N2+WH2O)=4 Y CO2+B(H2O)+C(N2)+D(O2)
A=0.6368

B=0.5459

C=3.187

D=0.2107

Evaporador:
Para estaparte, hacemos las consideraciones de que existe un factor de forma de
0.118, que la presión de entrada es de 120bar, el flujo másico es de 100 kg/s, la
temperatura de entrada es la temperatura de saturación menos 30° Para poder
C.
encontrar la variables, suponemos el calor que emite la flama es absorbido en su
totalidad por el condensador. Una vez hecha esta suposición, nos arroja el primerresultado de área del hogar; Area_hogar=1193 m^2. Q_RAD=119889 [kW]
Sobrecalentador
En esta parte de estudio consideramos que los gases salientes del hogar dan un
recalentamiento al fluido de trabajo, en este caso agua, antes de que entre a la
turbina. Entonces, debemos considerar la transferencia de calor que habrá de esa
zona al agua.

En esta parte también debemos de considerar que cantidadde tubos es necesaria
para poder lograr la transferencia de calor necesaria.
Los datos más importantes de este proceso fueron, U=0.05

ௐ

௠మ ௄

, R=0.0254m y

L=6m (datos para los tubos).
El proceso de para calcular el área del sobre calentador fue mediante una media
logarítmica, utilizando diferenciales de temperatura entre zona fría y zona caliente,
involucrando a las temperaturascalientes de zona caliente, caliente y fría
respectivamente, T6 y T9 y de zona fría, caliente y fría respectivamente, T3 y T10.
Otra consideración importante es en T6, ya que es igual a la temperatura 9 más un
gradiente.
Una vez que compilo el programa se arrojó el primer resultado que fue el área;
Area_sobrecalentador =10186m^2.
QCONV_SOBRECALENTADOR=76476 [kW]
Y una vez que se consiguióesta área, podremos conseguir el número de tubos
necesarios para garantizar esta transferencia de calor es N= 10637.
Es importante considerar que son una gran cantidad de tubos, lo cual representa
un costo enorme para quien va a adquirir esta caldera. El cálculo de los tubos fue
a partir de una consideración de un factor de forma, esto quiere decir que bien, el
número de tubos podría variar,incluso esto, con conocimientos más avanzados
podría ser modificado y así reducir la cantidad de tubos necesarios, lo cual implica
que habría una reducción de costos e incluso podrá haber un aumento en la
eficiencia del ciclo.
Los resultados muestran entalpias (color rojo), temperaturas (azul-verde),
presiones (blanco), resultados del balance de la combustión (verde), áreas de los
equipos...