1 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA REA DE TECNOLOGA PROGRAMA DE INGENIERA MECNICA Y PESQUERA UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE TERMODINMICA APLICADA PRCTICA GENERADORES DE VAPOR PROFESORES ING. GELYS GUANIPA (Coord. Termo-Aplicada) ING. ELIER GARCIA ING. JOSMERY SANCHEZ ING. JOAN RODRIGUEZ 2 GENERADORES DE VAPOR INTRODUCCIN Lasunidadesgeneradorasdevaporsonaparatosutilizadosparacolocaradisponibilidaddeun fluido el calorde un combustible,y todos los elementos necesarios paratransferiral agua que se calientatantaenergacomoseacomercialmentefactible.Losgeneradoresdevaporpropiamente dichoestnconstituidosporunacalderayelhogar,puedeademsincluirotroselementosde absorcin de calor como un sobrecalentador, economizador o un precalentador de aire, igualmente puedeincluirequiposauxiliaresodeinstrumentacinycontrolparaayudaralcorrecto funcionamiento de la unidad. La caldera constituye un recipiente cerrado que genera vapor de agua a presiones superiores a la atmosfrica,absorbiendoelcalorquedesarrollalacombustinenelhogar.Latemperaturadel lquido aumenta hasta alcanzarla devaporizaciny se mantiene constante mientras el lquido se convierteenvapor,unavezalcanzadalatemperaturadeebullicinalapresindeoperacin continuaelsuministrodecaloryseinicialavaporizacinsinvariacindetemperatura.Mientras existaliquidoporevaporar,lamezcladevaporyliquidosellamavaporhmedo,sielcalor suministradoestalquelatemperaturadelvaporeslatemperaturadevaporizacinsedenomina vapor saturado seco. El calor suministrado para realizar esta transformacin se conoce como calor de vaporizacin. RESUMEN SISTEMADETRATAMIENTODELAGUA:Lasaguasdurassongeneralmenteconsideradas todasaquellasaguasquerequierenconsiderablescantidadesdejabnparaproducirespumay quetambinproducenincrustacionesentuberasdeagua.Lasdurezasdelaguavaran considerablementedeunlugaraotro.Porloqueesimperantelaremocindeladurezaconel objetivodeprevenirlacorrosin,prevenirincrustaciones,arrastreydeestaformaproducirenla calderavapordealtacalidad.Atravsdergimendepurgas,recuperacindecondensado, descalcificadores, desmineralizadores, reguladores de PH, coagulantes. Tanques Potabilizadores: Reservorios de agua que permiten potabilizar el agua de proceso. Tanque de Zeolita: La Zeolita es un Silicato de Sodio y Aluminio, la cual se encarga de eliminar el Calcio y el Magnesio presente en el agua por medio de un filtro. 3 TanquedePoliamida:lapoliamidaesunaresinadeintercambioinicoqueseobtienepor reaccin de condensacin de un polmero, este polmero acta como un aislante evitando que los protones del agua se adhieran a los electrones presentes en la superficie de las tuberas. Bomba dosificadora de Poliamida: se encarga de pulverizar la poliamida. Desaireador: Se encarga de eliminar los gases corrosivos (oxigeno, dixido de carbono, etc.) a travs del calentamiento del agua. SISTEMASDEAGUADEALIMENTACIN:Lasprincipalesfuentesdeabastecimientodeagua sonlasaguasdeafluentesnaturales,reservoriosoaguasdedesecho,enelcasodelaguade alimentacin para las calderas se utilizan aguas tratadas ya que el proceso es ms delicado. Componentes: Tanque de alimentacin: Se encarga de almacenar el agua tratada que ser suministrada a la caldera. Bomba de alimentacin: Se encarga de succionar el agua tratada del tanque de alimentacin y suministrarla a la caldera. SISTEMA DE COMBUSTIBLE: Su funcin es suministrar el combustible al quemador que a su vez producirlaflamaenlacalderaquetransformarelaguatratadaenvapor.Ademsdeutilizar combustibles lquidos algunos equipos tambin utilizan gas natural o mezclas de gases como en el caso del flexigas en las empresas petroleras. Componentes: Tanquedecombustible:esunrecipientecilndricodondesealmacenaelcombustibleque ser suministrado por la bomba al quemador. Bombadecombustible:Seencargadegeneraruncabezaldepresinparabombearel combustible desde el tanque de combustible hasta el quemador. Quemador (Gasleo doble flama): permiten realizar la mezcla para la reaccin de combustin entreelcombustibleyelcarburante(aire-combustible)graciasaunaregulacinprecisadelas proporciones de ambos, para luego introducir la flama al hogar de la caldera. SISTEMADEGENERACINDEVAPOR:Sufuncinesladerealizarelcambiodefaseauna presin y temperatura constante, calentando o hirviendo el agua hasta evaporar el fluido. Caldera (Generador tipo6MT-45,Presinmxima de trabajo12kg/cm2, vapor 450 kg/hr,Potencia270000Kcal/hr):Contenedormetlicoquesirveparacalentarohervirhasta evaporarunfluido,obteniendofinalmentevapordeagua.Paraotrasgeneralidadesconsultarcon Profesores y Tcnicos del Laboratorio. Tambordevapor:Contenedordondesealmacenaelvaporparaluegosersuministradoal sobrecalentador. 4 Sobrecalentador:Esundispositivointercambiadordecalorendondeelcalortransferidoal vapor incrementa su temperatura, reduciendo las mezclas de vapor de agua en lasltimas etapas de la turbina incrementando as su eficiencia interna. Chimenea: se utiliza para producir cierto tiro o circulacin de los gases calientes a la entrada de los tubos de la caldera. El tiro es la forma como circulan los gases calientes dentro de la caldera. OBJETIVOGENERAL:Determinarelgradientedecalentamientoyrendimientotrmicodeun generador de vapor. EQUIPOS A UTILIZAR: Generador de vapor de la planta trmica de la UNEFM. DATOS REQUERIDOS: Variacin de la temperatura del generador de vapor en intervalos de tiempo. Desnivel del agua de alimentacin. Desnivel del combustible. Presin de entrada y salida del generador de vapor. Temperatura de entrada y salida del generador de vapor. PROCEDIMIENTOS:Elprofesorexplicarelprocedimientodelaprcticaysuministrarla informacin necesaria.El alumno deber anotar la temperatura y presin del fluido de trabajo a la entrada del generador de vapor. La prctica se inicia una vez que el tcnico coloque en marcha el quemador de la unidad generadora de vapor. Elalumnotomarmedicionesdelatemperaturacadadosotresminutos,hastaqueselogrela estabilizacin de la temperatura y presin, luego se aislar el tanque de combustible y el tanque de agua de alimentacin (se cierran las entradas de alimentacin de ambos tanques), para proceder a medir el desnivel o gasto en las mirillas en un tiempo determinado. DATOS SUMINISTRADOS: Densidad del agua para diversas temperaturas de entrada del agua de alimentacin. DENSIDAD DEL AGUA TEMPERATURA CDENSIDAD Lbm/pie3 27 38 62.216 61.996 4961.709 Presin de estabilizacin (Esta presin debe ser un valor por debajo de la presin mxima deoperacindelacalderaqueesde12Kgf/cm2,porlogeneralsesuministranvalores entre 7 y 10 Kgf/cm2) Densidad relativa del Gasoil (=0.86). 5 Poder calorfico inferior (PCI=18000 BTU/Lbm). Permetro del tanque de agua (Pta=157 cm). Permetro del tanque de combustible (Ptc=110 cm). FRMULAS A EMPLEAR: Presin absoluta ATM MAN ABSP P PDonde: :ABSP Presin absoluta. :MANP Presin manomtrica. :ATMP Presin atmosfrica. Dimetro del tanque de agua y del tanque de combustible ) ( D PTA) / ( TAP D) ( D PTC) / ( TCP DDonde: TAP : Permetro del tanque de agua (Permetro del tanque de agua 157 cm). :TCP Permetro del tanque de combustible (Permetro del tanque combustible 110 cm). : D Dimetro del tanque. Flujo msico del agua tmmAAAGUA EA A V mA EAV V 75 . 0PROM AHDV42 Donde: :Am Flujo msico de agua. :Am Masa de agua. : t Tiempo. 6 :EAV Volumen efectivo de agua. :AGUADensidad del agua a la temperatura de entrada. :AV Volumen aparente. : D Dimetro del tanque de agua. :PROMH Gasto o desnivel promedio del tanque de agua. Flujo msico del Gasoil. tmmCC : COMB COMB CV mPROMCCCOMBHDV42 AGUACOMBGASOI L AGUA GASOIL COMB Donde: :Cm Flujo msico de combustible. :Cm Masa de combustible. : t Tiempo. :COMBV Volumen del combustible. :COMBDensidad del combustible. :CD Dimetro del tanque de combustible. :PROMCH Gasto o desnivel promedio del tanque de combustible. :GASOILDensidad relativa del Gasoil (=0.86). Rendimiento del generador de vapor ( ): Calor absorbido por el agua / calor de los gases calientes de combustin GCAAQQPCI mh h mCENT SAL A ) ( 7 Donde: :Rendimiento del generador de vapor. :AAQCalor absorbido por el agua. :GCQCalor de los gases calientes de combustin. :Am Flujo msico del agua. :SALh Entalpa a la temperatura de salida. :ENTh Entalpa a la temperatura de entrada. :CmFlujo msico del combustible. : PCI Poder calorfico inferior (PCI = 18000 BTU/lbm). Gradiente de calentamiento: tTGT I FI FTt tT TGDonde: :TG Gradiente de calentamiento. :FT Temperatura final. :IT Temperatura inicial. :Ft Tiempo final. :ItTiempo inicial. TRABAJO A REALIZAR: El estudiante realizar un informe tcnico contentivo de lo siguiente: Grfico de la variacin de temperatura (eje Y) en funcin del tiempo (eje X). Determinar el gradiente de calentamiento. Determinar el flujo msico de agua y combustible a travs de los desniveles de las mirillas y los permetros de los tanques. Determinar el rendimiento trmico del generador de vapor. Representarelprocesodegeneracindevaporenundiagramadelatemperaturaen funcin de la entropa (T-S) 8 Elinformetcnico(reporte)deacuerdoalformatoPaper*(doblecolumna)suministradoporel Profesor, y deber ser de las siguientes partes: Ttulo de la Prctica, Resumen, Introduccin, Datos Experimentales, Resultados (en tablas, grficos y/o ecuaciones de ajuste), Anlisis de Resultados, Conclusiones y Recomendaciones, Referencias Bibliogrficas, Nomenclatura y Apndices. EVALUACIN:Evaluacin Pre laboratorio.. 20% Informe..50% Examen post-laboratorio...30% BIBLIOGRAFA: Frederick Morse. Centrales Elctricas. Editorial Continental. Marcelo Mesny. Generacin de Vapor. Ediciones Marymar. Irving Granet. Termodinmica. PHH. Prentice May. Tercera Edicin. Avellone. Manual del Ingeniero Mecnico. Mc Graw-Hill. 9 FORMATO DE TOMA DE DATOS PRESIN Y TEMPERATURA DEL AGUA EN EL GENERADOR ENTRADASALIDA PRESIN TEMPERATURA VARIACIN DE LA TEMPERATURA DEL AGUA CON RESPECTO AL TIEMPO: SI LOS DATOS SON LEDOS CADA DOS MINUTOS (2 min): TIEMPO (min)0 24681012141618 TEMPERATURA (C) SI LOS DATOS SON LEDOS CADA TRES MINUTOS (3 min): TIEMPO (min)0 369121518212427 TEMPERATURA (C) GASTO DE AGUA: DATOS DE DESNIVEL DEL TANQUE DE AGUA LEDOS CADA TRES MINUTOS (3 min): DESNIVEL DE AGUA H (cm) H1 H 2H 3HPROM MEDICIN (cm) GASTO DE COMBUSTIBLE: DATOS DE DESNIVEL DEL TANQUE DE COMBUSTIBLES LEDOS CADA TRES MINUTOS (3 min): DESNIVEL DE COMBUSTIBLE H (cm) H1 H 2H 3HPROM MEDICIN (cm) 10