Problemas Resueltos 2a Parte Del Segundo Examen Parcial 2009

Problemas del segundo examen departamental
de generadores de vapor
Una empresa requiere de un generador de vapor2 que produzca 18,000 kg
de vapor / h, a una presión absoluta de 30 kg/cm y 350°C entrando el agua
de alimentación a la caldera a 27°C. la presión atmosférica es de 640 mm
Hg.
En el horno del generador se quema un combustible de composición
desconocida (hidrocarburo) los gases decombustión tienen la siguiente:
CO2 = 13.0% ; CH4 = 0.3%; CO = 3.0%; H2 = 1.5%; N2 = 82.2. La humedad
del aire es de 0.03 kg de agua/ kg aire. El Horno se encuentra ubicado
debajo de la caldera. Se tienen perdidas por combustible no quemado de
2%, y perdidas por radiación de 4%. La liberación de calor permitido es de
270,000 Kcal /h m 3 . La temperatura de los gases de combustión en la
chimenea es de270°C.
La temperatura ambiente es de 27°C.

Calcular:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

El calor comunicado al vapor en la caldera, sobrecalentador y total.
La superficie de calefacción y los caballos caldera, si R = 200%
La temperatura y el volumen del horno
El rendimiento térmico del generador
El consumo de combustible por hora
El gasto volumen del aire empleado en m3 / h
El gasto volumen de los gases decombustión en m3 / h

Solución : DATOS Hs= 743.6 Kcal/Kg vapor ; Hv = 669.7 ; Hb = 27 Kcal/kg
1.- Cálculos del calor comunicado al vapor: en la caldera,
sobrecalentador , y total.

Qc = W ( Hv – Hb ) = 18,000 ( 669.7 – 27 ) = 11´568,600 Kcal / h
Qs = ( Hs – Hv ) = 18,000 ( 743.6 – 669.7) = 1´330,200 Kcal / h
QV = Qc + Qs = 11´568,600 + 1´330,200 = 12´898,800 kcal / h

Qv = W (Hs – Hb) = 18,000 (742.6 – 27) = 12´898,800 Kcal / h
2.- Calculo de la superficie de calefacción y los caballos caldera, si R = 200%
Qc = 84.5 (C.C ) R = :.
C.C =
11´568,600 Kcal /h
84.5 Kcal / h * 200

= 11´568,600 = 684.532
16,900
C.C. =
S = 684.532 m

2

S
2

porque 1 m = 1 C.C.

----------- --------------- --- REACCION DE COMBUSTION ------------------------Cn Hx + aO2 + 82.2N2
N2
a x 3.76
Balance:

13.0 CO2 + 0.3CH4 + 3.0 CO + 1.5 H2 + 82.2
+ b H2 O

n = 13.0 + 0.3 + 3.0 = 16.3
a * 3.76 = 82.2 :. a = 82.2 = 21.861
C;

O ; 21.861 x 2 = 13 x 2 + 3.0 + b ; 43.722 = 26 + 3 + b
b = 14.722
H ; X = 0.3 x 4 + 1.5 x 2 + 2 x 14.722 = 33.644
El combustible es : C16.3 H33.644 ; PM comb = 229.244
Ec. De combustión
C16.3H33.644 + 21.861 O2 + 82.2 N2

13.0 CO2 + 0.3 CH4 + 3.0 CO
+ 1.5 H2 + 82.2 N2 + 14.722 H2O

CALCULODE LA RELACION A/C = AP
Ap = A/C = ( 21.861 + 82.2 ) 28.84 = 3001.11924 = 13.0912
229.2468
229.2468

Kg aire/ Kg comb

Wg = Ap + ( 1 – z ) = 13.0912 + (1 – 0 ) = 14.0912 Kg gases / kg comb.

Calculo del Volumen de aire por kg de combustible a 640 mm Hg de
presión y 27°C.
Va = Wa x Ra x Ta
P

= 13.0912 x 29.5 x 300 = 13.315 m
8701.5

3

2

P = 640 x 10333 = 8701.5 Kg/ m ; Ta = 27 + 273° = 300°K;Ra =29.5
760
Calculo del Volumen de los gases de combustión a 640 de presión y
270 °C de temperatura.
Pmg = 0.13 x 44 + 0.003 x 28 + .015 x 2 + 0,822 x 28 = 29.654
Rg = 850 = 28.664 m/ °C ; Tg = 273 + 270 = 543 °K
29.654
3

Vg = Wg x Rg x Tg = 14.0912 x 28.664 x 543 = 25.198 m gases
P
8701.5
kg comb

Calculo del PCS y PCI del combustible C16.3 H33.6468
PM = 229.2468

Porcentajes de Carbono eHidrogeno
% C = 12 x 16.3 x 100 = 85.323
229.2468
% H = 33.6468 x 100 = 14.677
229.2468

PCS = 8000 (.85323 ) + 34,500 ( .14677 ) = 11,889.442 Kcal / Kg comb.
PCI = PCS – λA = 11,889.442 – 600 ( 1.32093) = 11,096.884 Kcal / Kg comb
A = 9 ( 0.14677 ) = 1.32093 Kg agua / Kg comb.
Calculo de Temperatura del horno
Th = PCI ( 1- Pz ) + Ap Ca ( TA – T amb )
Wg Cg

( 1- Pr ) ( 1- ß ) + T amb

0

Th=11,096.884 ( 1- 0.02) + 13.0912 x 0.24 (27 – 27)
14.0912 x 0.27

(1- 0-04) (1- 0.22 ) + 27

Th = 10,874.94632 x 0.96 x 0.78 + 27 = 2167.332 °C
3.804624
Vh = Qh = C.c. x PCS = 1,406.806 x 11,889.442
QL
270,000

Valor de C.c
calculado
mas adelante.

3

Vh = 61.948 m

Calculo de rendimiento térmico del generador de vapor
P=G +A+ a+ Z+I +R+ V
G = Wgs Cgs ( Tch – T amb )
Wgs = Ap + ( 1-z –A) = 13.0912 + ( 1-...