MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
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COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
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DOCUMENTO: MEMORIAS DE CÁLCULO DE DIAGRAMA DE FLUJO.
PROYECTO: “INGENIERIA BASICA Y DE DETALLE PARA EL DISEÑO DE DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE COMBUSTION”
REFERENCIAS: “PRUEBAS DE COMBUSTION EN CALDERAS”
CONTROL DE REVISIONES
REV. FECHA OFICIO GERENTE CLIENTE
DESCRIPCIÓN OFICIO CLIENTE GERENTE
AUT. DEL
CLIENTE FECHA
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CONTENIDO
PAG. 1.0 ALCANCE……..…………………………………………………………. 3 2.0 OBJETIVO……………………………………………………………….. 3 3.0 CONSIDERACIONES DE DISEÑO…………………………………… 3 4.0 RESUMEN DE RESULTADOS………………………………………… 5 5.0 CONCLUSIONES…………………………………………………………… 8 6.0 ECUACIONES…………………………………………………………… 9 7.0 DESARROLLO…………………………………………………………… 11 7.1 ESCENARIO 1. 100% DE AIRE FRESCO……………………………. 11 7.2 ESCENARIO 1 A. 70% DE AIRE FRESCO…………………………… 17 7.3 ESCENARIO 2. AIRE FRESCO Y 25% DE RECIRC……………….. 19 7.4 CASO 1. AIRE FRESCO Y 50% DE GASES DE COMB…………… 26 7.5 CASO 2. AIRE FRESCO Y 100% DE GASES DE COMB…………. 31 7.6 CASO 3. AIRE FRESCO, 25% RECIRC, 50% GASES COMB……. 34 7.7 CASO 4. AIRE FRESCO,25% RECIRC, 100% GASES COMB…… 38
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1.0- ALCANCE. La memoria de cálculo, cubre el balance de materia y energía de las corrientes que integran el diagrama de flujo de proceso del diseño del ducto recuperador de gases de combustión. El balance de materia y energía incluye, sin ser limitativo el cálculo de los siguientes parámetros: 1) Propiedades físico-químicas de las corrientes que integran el ducto. 2) Balance de Materia y energía con consumo de gas de cinco casos:
• Escenario 1. Calentando únicamente aire fresco. • Escenario 2. Aire fresco y recirculación. • Escenario propuesto 1. Aire fresco y 50% de recirculación gases de caldera. • Escenario propuesto 2. Aire fresco, 50% de recirculación de gases de caldera y
recirculación de aire de proceso e la torre. • Escenario propuesto 3. Aire fresco, 50% de recirculación de gases de caldera
y 25% recirculación de la torre. • Escenario propuesto 4. Aire fresco, 100% de recirculación de gases y 25% de
recirculación de la torre. 2.0-OBJETIVO. El objetivo de la presente memoria de cálculo es determinar las propiedades físico-químicas de las corrientes que integran el diagrama de flujo de proceso con la finalidad de tener los parámetros necesarios para el dimensionamiento de líneas, calculo de aislamiento, selección de equipos e instrumentos. La revisión de los cinco casos es con la finalidad de tener las siguientes condiciones:
• Paro de la caldera Nebraska. Escenarios 1 y 2. • Caldera operando al 50% de carga y recomendación del estudio de factibilidad. • Recomendación del cliente de emplear el 100% de los gases.
3.0-CONSIDERACIONES DE DISEÑO.
De los datos del estudio de factibilidad se considera un flujo de gases de combustión de la caldera Nebraska al 50% de carga de 34,380 lb/h.
La temperatura de los gases de combustión de acuerdo a dicho estudio es de 135ºC.
El volumen de aire a calentar para secado es de 53,000 ACFM a una T=450ºC y P=580mmHg.
La temperatura requerida del aire es de 325ºC en promedio. El aire de recirculación es de un 25% del total calentado. El consumo de gas combustible es de 650Nm3/h, operando con admisión de aire
fresco y 25% de recirculación.
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Se considera un poder calorífico superior del gas de: 9300Kcal/m3 (a condiciones estándar P=1atm y T=15.6ºC).
El poder calorífico inferior del gas es de: 8400Kcal/m3 (a condiciones estándar)
El combustible a emplear es Gas Natural con la siguiente composición de acuerdo al estudio de factibilidad:
COMPUESTO FORMULA % PM(mol/kg) PM promedio METANO CH4 90 16 14.4 ETANO C2H6 5 30 1.5 DIOXIDO DE CARBONO CO2 0 44 0 PROPANO C3H8 0 44 0 NITROGENO N2 5 28 1.4 TOTAL 100 17.3
Los gases de combustión de salida de la caldera Nebraska tienen la siguiente
composición.
COMPUESTO FORMULA % PM(mol/kg) PM PROM (mol/kg) DIOXIDO DE CARBONO CO2 10 44 4.4 AGUA H20 8 18 1.44 OXIGENO O2 5 32 1.6 NITROGENO N2 75 28 21.0 MONOXIDO DE CARBONO CO 0.5 28 0.14 OXIDO DE NITROGENO NO 0.5 30 0.15 BIOXIDO DE NITROGENO NO2 1 46 0.46 100 29.2
Se considera la siguiente composición para el aire.
COMPUESTO FORMULA % PM(mol/kg) PMpromedio(mol/kg) OXIGENO O2 21 32 6.72 NITROGENO N2 79 28 22.12 TOTAL 100 28.84
Se considera un promedio de 20% de exceso de aire para la combustión en el
calentador a fuego directo.
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4.0 RESUMEN DE RESULTADOS 4.1 SISTEMA INGLES.
PROPIEDADES CONDICIONES ACTUALES DE OPERACIÓN PROPUESTAS ESCENARIO
1 ESCENARIO
1A ESCENARIO
2 CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4
QREQUERIDO MMBTU/H 25.78 17.62 18.83 15.94 14.43 15.97 13.65
FLUJO DE COMBUSTIBLE SCFM 455.58 295.05 332.58 281.59 241.59 282 228.56
FLUJO AIRE PARA COMB SCFM 5625.55 3451.58 3887 3291.08 2984.87 3484.95 2671.22
PRECIO COMBUSTIBLE $USD/H 324.828 222.012 237.258 200.844 181.818 201.222 171.99
AIRE SECO
FLUJO MASICO LB/H 184,122 128,885.4 96,664.05 94,505.4 60,125 62,284.05 27,904.4
FLUJO VOLUMETRICO CFM 53,000 37,100 ----- ----- ----- ----- -----
T ENTRADA º F 60 60 60 60 60 60 60
TSALIDA º F 617 617 ----- ----- ----- ----- -----
25% RECIRCULACION
FLUJO MASICO LB/H ------ ----- 32,221.35 ----- ----- 32,221 32,221
T ENTRADA º F ------ ----- 122 ----- ----- 122 122
MEZCLA AIRE RECIRCULACION+AIRE FRESCO MEZCLA GAS DUCTO+RECIRCULACION
FLUJO MASICO LB/H ------ ----- 131,979.26 ----- ----- 66,601.5 100,981
T ENTRADA º F ------ ----- 82.76 ----- ----- ----- -----
T SALIDA º F ------ ----- 617 ----- ----- 195.78 218.3
50% GASES DUCTO
FLUJO MASICO LB/H ------ ----- ----- 34,380 ----- 34,380 -----
T ENTRADA º F ------ ----- ----- 275 ----- 275 -----
100% GASES DUCTO
FLUJO MASICO LB/H ------ ----- ----- ----- 68,760 ----- 68,760
T ENTRADA º F ------ ----- ----- ----- 275 ----- 275
MEZCLA 50% GASES+AIRE FRESCO
FLUJO MASICO LB/H ------ ----- ----- 128,885.4 ----- ----- -----
T ENTRADA º F ------ ----- ----- 110.6 ----- ----- -----
T SALIDA º F ------ ----- ----- 617 ----- ----- -----
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MEZCLA 100% GASES+AIRE FRESCO
FLUJO MASICO LB/H ------ ----- ----- ----- 128,885.4 ----- -----
T ENTRADA º F ------ ----- ----- ----- 181.65 ----- -----
T SALIDA º F ------ ----- ----- ----- 617 ----- -----
MEZCLA 50% GASES+AIRE FRESCO+25% RECIRCULACION
FLUJO MASICO LB/H ------ ----- ----- ----- ----- 130,675.7 -----
T ENTRADA º F ------ ----- ----- ----- ----- 136.5 -----
T SALIDA º F ------ ----- ----- ----- ----- 617 -----
MEZCLA 100% GASES+AIRE FRESCO+25% RECIRCULACION
FLUJO MASICO LB/H ------ ----- ----- ----- ----- ----- 131,600.9
T ENTRADA º F ------ ----- ----- ----- ----- ----- 211
T SALIDA º F ------ ----- ----- ----- ----- ----- 617 *COSTO DE REFERENCIA INTERNACIONAL DEL GAS NATURAL 12.60 USD/MMBTU
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4.2 SISTEMA INTERNACIONAL.
PROPIEDADES CONDICIONES ACTUALES DE OPERACIÓN PROPUESTA ESCENARIO
1 ESCENARIO
1A ESCENARIO
2 CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4
QREQUERIDO MMKCAL/H 6.49 4.21 4.74 4.018 3.44 4.025 3.26 FLUJO DE COMBUSTIBLE Nm3/h 731.71 474.12 534.52 452.57 388.28 454.27 367.33 FLUJO AIRE PARA COMB Nm3/h 8888.9 5559.7 6267.97 5307.02 4813.25 5619.95 4307.47
PRECIO COMBUSTIBLE $M.N/H 4243.918 2749.896 3100.216 2624.906 2252.024 2634.766 2130.514
AIRE SECO
FLUJO MASICO kg/h 83,515.89 58,461.12 43,845.84 42,866.61 27,272.92 28,251.57 12,656.83
T ENTRADA º C 15.6 15.6 15.6 15.6 15.6 15.6 15.6
TSALIDA º C 325 325 ----- ----- ----- ----- -----
25% RECIRCULACION
FLUJO MASICO kg/h ------ ----- 14,615.28 ----- ----- 14,615.28 14,615.28
T ENTRADA º C ------ ----- 50 ----- ----- 50 50
MEZCLA AIRE RECIRCULACION+AIRE FRESCO MEZCLA GAS DUCTO+RECIRCULACION
FLUJO MASICO kg/h ------ ----- 58,461.12 ----- ----- 30,209.38 45,804.29
T ENTRADA º C ------ ----- 28.2 ----- ----- ----- -----
T SALIDA º C ------ ----- 325 ----- ----- 90.99 99.45
50% GASES DUCTO
FLUJO MASICO kg/h ------ ----- ----- 15,594.1 ----- 15,594.1 -----
T ENTRADA º C ------ ----- ----- 135 ----- 135 -----
100% GASES DUCTO
FLUJO MASICO kg/h ------ ----- ----- ----- 31,188.2 ----- 31,188.2
T ENTRADA º C ------ ----- ----- ----- 135 ----- 135
MEZCLA 50% GASES+AIRE FRESCO
FLUJO MASICO kg/h ------ ----- ----- 58,461.12 ----- ----- -----
T ENTRADA º C ------ ----- ----- 43.7 ----- ----- -----
T SALIDA º C ------ ----- ----- 325 ----- ----- -----
MEZCLA 100% GASES+AIRE FRESCO
FLUJO MASICO kg/h ------ ----- ----- ----- 58,461.12 ----- -----
T ENTRADA º C ------ ----- ----- ----- 83.14 ----- -----
T SALIDA º C ------ ----- ----- ----- 325 ----- -----
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MEZCLA 50% GASES+AIRE FRESCO+25% RECIRCULACION
FLUJO MASICO kg/h ------ ----- ----- ----- ----- 59,273.58 -----
T ENTRADA º C ------ ----- ----- ----- ----- 58.05 -----
T SALIDA º C ------ ----- ----- ----- ----- 325 -----
MEZCLA 100% GASES+AIRE FRESCO+25% RECIRCULACION
FLUJO MASICO kg/h ------ ----- ----- ----- ----- ----- 59,693.25
T ENTRADA º C ------ ----- ----- ----- ----- ----- 99.45
T SALIDA º C ------ ----- ----- ----- ----- ----- 325 *COSTO DE REFERENCIA $5.8/Nm3 5.0 CONCLUSIONES. De los resultados obtenidos, con cerrar la recirculación del aire proveniente de la torre de secado, se tendría un ahorro monetario aproximadamente de $350/h, por reducción de consumo de combustible. El diseñar un ducto aprovechando el 50% de los gases de combustión de la caldera NEBRASKA genera un ahorro monetario aproximado de $125/h. El diseñar un ducto aprovechando el 100% de los gases de combustión genera un ahorro monetario de aproximadamente $497/h. El diseño del ducto para el 100% de los gases de combustión, 25% de recirculación de la torre de secado y aire fresco generaría un ahorro aproximado de $619/h Del ahorro monetario que se puede obtener por el aprovechamiento de los gases producto de la combustión y que pueden hacer factible el presente proyecto son el caso 2 (100% de gases de combustión y aire fresco) y el caso 4 (100% de gases de combustión,25% de recirculación y aire fresco), por lo que el diagrama de tuberías e instrumentación contemplara la preparación para ambos casos con porcientos de apertura de las válvulas motorizadas. El diagrama de flujo de proceso se realizará para ambas opciones, así mismo en el dimensionamiento se contemplará el que la caldera este operando al 50% de carga el cual sería el caso 1.
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6.0- ECUACIONES. 6.1 COMBUSTION.
M v + M w+ Mz + My + M x = M NOSHCfuel
1)A - ( = A - A = Exhaust in O Moles 2 λλ
N 2v + O 1)A - ( + SOz + OH 2
y + CO x O A + NOSHC 222222vwzyx λλ →
6.2 DENSIDAD DE GASES. Donde: M= Peso molecular del gas (mol/Kg) P= Presión (Pa) R= constante de los gases. T= temperatura en (K)
R=Kmol
mPa×× 3
8314
R=Rlbmol
ftpsia×× 3
7314.10
6.3 BALANCE DE CALOR. Por ley de conservación: Q1=Q2 W1=W2 Q= W cpprom (T2-T1) Donde:
RTMP
=ρ
Q1 Q2
W1CP1T1 W2CP2T2
33 mkg
KKmol
mPa
Pakg
mol
=×
××
×=ρ
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Q=calor= kJ/h W= flujo másico = kg/h Cp= Calor especifico= kJ/kgK. T2= Temperatura de salida = K T1= Temperatura de entrada = K 6.4 DETERMINACION DE LA TEMPERATURA. W2Cp2 T2 W1Cp1T1 W3Cp3T3 Por Ley de conservación: W1 + W2 = W3
Q1 + Q2 = Q3
11
11
++
=+
∑=
nn
x
nnnn
n CpW
TcpWT
6.5 DETERMINACION DE CONSUMO DE GAS.
ICPQ
W reqfuel ..
.=
Donde: Wfuel= flujo másico del combustible. PCI= poder calorífico inferior del gas. Qreq= Calor requerido para calentamiento.
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7.0 DESARROLLO. 7.1 ESCENARIO 1. 100% DE AIRE FRESCO. 7.1.1 DETERMINACION DE LA DENSIDAD DEL AIRE A P=580mmHg y T= 325ºC. Datos: P.M= 28.84mol/kg
P= 580mmHg=
atm
PammHgatmmmHg
1101325
7601580 = 77326.97Pa
T= 325ºC = 273+325= 598K
R=Kmol
mPa×× 3
8314
3/4485.0
83145989.7732684.28 mkg=
××
=ρ
En sistema Ingles:
P= psiaatm
psiammHgatmmmHg 21.11
1696.14
7601580 =
T= RK 4.107659859
=×
CALENTADOR
A FUEGO DIRECTO
53,000ACFM
325ºC
GAS NATURAL
AIRE
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R=Rlbmol
ftpsia×× 3
7314.10
4.10767314.1021.1184.28
××
=ρ =0.028lb/ft3.
7.1.2 DETERMINACION DEL FLUJO MASICO A P=580mmHg y T=325ºC
W=hlb
hftlbft 12.023,89
1min60028.0
min000,53 3
3
=××
W=h
kglb
kghlb 94.379,40
145359.012.023,89 =×
Con la finalidad de aplicar la ley de conservación se re calculará la densidad y el flujo másico a temperatura Promedio de la Ciudad de México 23.4ºC (Manual de CFE) y a temperatura estándar 15.6ºC. 7.1.3 LEY DE CONSERVACION
22
2
11
1
TP
TP
ρρ=
Debido a que las presiones 1 y 2 son iguales la ecuación quedará como:
=
2
112 T
Tρρ
A T=23.4ºC
32 899.04.296
5984485.0cmkg
=
×=ρ 32 0564.0
52.5334.1076028.0
ftlb
=
×=ρ
W=hlb
hftlbft 352,179
1min600564.0
min000,53 3
3
=××
W=hkg
lbkg
hlb 27.81352
145359.0179352 =×
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A T=15.6ºC
32 929.06.288
5984485.0cmkg
=
×=ρ 32 0579.0
48.5194.1076028.0
ftlb
=
×=ρ
W=hlb
hftlbft 122,184
1min600579.0
min000,53 3
3
=××
W=hkg
lbkg
hlb 89.83515
145359.0184122 =×
7.1.4 BALANCE TERMICO. Debido a que los gases aumentan o disminuyen su volumen con respecto a la temperatura se opta para conservar la masa, el considerar las condiciones estándar para homogenizar de tal forma que: T= 15.6ºC. cp =1.005kJ/kgK
cp promedio=1.028 kJ/kgK Q= (83515.89 kg/h)(1.028kJ/kgK)(598-288.6)K Q= 27,199,457.62 kJ/h
Q= h
BTUkJ
BTUhkJ 92.189,780,25
194782.062.457,199,27 =
×
CALENTADOR A FUEGO DIRECTO
83,515.89 kg/h 83,515.89 kg/h
T=325ºC Cp=1.051kJ/ kgK
184,122 lb/h 184,122 lb/h
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Calculando la cantidad de gas natural.
Q=h
KcalkJ
KcalhkJ 40.720,497,6
186.4162.457,199,27 =
×
W= hsmsmkcal
hkcal /53.773/8400
/40.720,497,6 33 =
A condiciones normales T=0ºC
2
22
1
11
TVP
TVP
=
W=h
Nm3
71.7316.288
27353.773 =
×
Calculando la cantidad de aire necesaria para la combustión considerando un 20% de exceso de aire 0.9CH4 + 0.05C2H6 +0.05 N2 + 1.2ath(O2+3.76N2) xCO2 + yH2O + zN2 Los coeficientes desconocidos se encuentran de:
% C H 0 N CH4 0.9 1 4 0 0
C2H6 0.05 2 5 0 0 N2 0.05 0 0 0 1
C H 0 N CH4 0.9 3.6 0 0
C2H6 0.1 0.3 0 0 N2 0 0 0 0.05
total 1.0 3.9 0 0.05
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C: 1.0 =x x= 1.0 H: 3.9 =2y y= 1.93 O2: 1 x + 0.5 y ath= 1.963 N2 0.05 + 3.8 ath z= 7.433
kgcombkgaire
kmolkgkmolkmolkgkmol
mcombm
AC aire 83.20)2963.1()/121(
)/8.28)(76.4963.12.1(.
=×+×
××==
Determinación de la densidad del gas natural a P=580mmHg y T=15.6ºC Datos: P.M= 17.3 mol/kg
P= 580mmHg=
atm
PammHgatmmmHg
1101325
7601580 = 77326.97Pa
T= 15.6ºC = 273+15.6= 288.6K
R=Kmol
mPa×× 3
8314
3/55.0
83146.2889.773263.17 smkg=
××
=ρ
Calculando la masa de gas para determinar la cantidad de aire para la combustión.
Wfuel= hkg
smkg
hsm 44.42555.0538.773 3
3
=×
Waire=hkg
hkgcomb
kgcombkgaire 03.886244.42583.20 =×
Flujo volumétrico de aire a P=580mmHg y T=15.6ºC
V=min
05.5625min60
10579.0
34535.0103.8862
3fthlb
ftkg
lbhkg
=×××
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 16 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.1.5 RESUMEN DE RESULTADOS EN BASE SECA. SISTEMA INGLES: AIRE FRESCO SISTEMA INTERNACIONAL: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Q= 25,780,189.92BTU/H
53,000 ACFM 184,122 LB/H
T=617ºF
184,122LB/H
T=60ºF
GAS NAT. 455.28SCFM T=60ºF
AIRE 5625SCFM T=60ºF
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Q= 6,497,720.4Kcal/h
83,515.89 kg/h 83,515.89 kg/h
T=15.6ºC T=325ºC
Gas natural 731.71Nm3/h
Aire 8888.9 Nm3/h
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 17 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.2 ESCENARIO 1A 70% DE 53,000ACFM SERAN CALENTADOS CONSIDERANDO AIRE FRESCO.
7.2.1 BALANCE TERMICO. T= 15.6ºC. cp =1.005kJ/kgK
cp promedio=1.028 kJ/kgK Q= (58,461.12 kg/h)(1.028kJ/kgK)(598-288.6)K Q= 18,594,330.9 kJ/h
Q= h
BTUkJ
BTUhkJ 71.078,624,17
194782.09.330,594,18 =
×
Calculando la cantidad de gas natural.
Q=h
KcalkJ
KcalhkJ 36.243,210,4
186.41048,624,17 =
×
W= hsmsmkcal
hkcal /29.501/8400
/36.243,210,4 33 =
A condiciones normales T=0ºC
2
22
1
11
TVP
TVP
=
CALENTADOR A FUEGO DIRECTO
58,461.12 kg/h 58,461.12 kg/h
T=325ºC Cp=1.051kJ/ kgK
128,885.4 lb/h 128,885.4 lb/h
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 18 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
W=h
Nm3
12.4746.288
27321.501 =
×
Wfuel= hkg
smkg
hsm 76.26055.012.474 3
3
=×
Waire=hkg
hkgcomb
kgcombkgaire 83.543176.26083.20 =×
Flujo volumétrico de aire a P= 580mmHg y T=15.6ºC
V=min
58.3451min60
10579.0
34535.0183.5431
3fthlb
ftkg
lbhkg
=×××
7.2.3 RESUMEN DE RESULTADOS BASE SECA. SISTEMA INGLES: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Q= 17,624,078.71BTU/H
37,100 ACFM 128,885.4LB/H
T=617ºF
128,885.4LB/H
T=60ºF
GAS NAT. 295.05SCFM T=60ºF
AIRE 3451.58SCFM T=60ºF
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 19 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
SISTEMA INTERNACIONAL: AIRE FRESCO 7.3 ESCENARIO 2. AIRE FRESCO Y 25% RECIRCULACION. AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Q= 4,210,243.36Kcal/h
58,461.12 KG/H
T=325ºC
58,461.12KG/H
T=15.6ºC
GAS NAT. 474.12Nm3/h
AIRE 5559.7Nm3/h
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
37,100 ACFM 128,885.4 LB/H
T=617ºF
96,664.05LB/H
T=60ºF
GAS NAT.
AIRE
25% DE RECIRCULACION 32,221.35 LB/H 9275ACFM
T=122ºF
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 20 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.3.1 BALANCE TERMICO BASE SECA. DATOS: AIRE FRESCO 7.3.1.1 CALCULO DE LA TEMPERATURA DE LA MEZCLA.
T=0055.112.461,58
)3230063.128.615,14()6.288005.184.845,43(×
××+××
T=297.30K T=24.3ºC 7.3.1.2 CALCULO DEL CALOR REQUERIDO. Q= ( 58,461.12kg/h)(1.028kJ/kgK)(598-297.30) Q= 18,071,478.03kJ/h
Q= h
BTUkJ
BTUhkJ 31.508,128,17
194782.003.478,071,18 =
×
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Cp=1.051kJ/kgK
58,461.12kg/h
T=325ºC
43,845.84kg/h Cp=1.005 kJ/kgK
T=15.6ºC
GAS NAT.
AIRE
14,615.28kg/h cp=1.0063 kJ/kgK T= 50ºC
RECIRCULACION
58,461.12kg/h Cp=? T=?
MEZCLA
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 21 DE 41
ELABORO:
REVISO
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
Calculando la cantidad de gas natural.
Q=h
KcalkJ
KcalhkJ 78.855,091,4
186.4131.508,128,17 =
×
W= hsmsmkcal
hkcal /12.487/8400
/78.855,091,4 33 =
A condiciones normales T=0ºC
2
22
1
11
TVP
TVP
=
W=h
Nm3
79.4606.288
27312.487 =
×
Wfuel= hkg
smkg
hsm 43.25355.079.460 3
3
=×
Waire=hkg
hkgcomb
kgcombkgaire 09.527943.25383.20 =×
Flujo volumétrico de aire a P= 580mmHg y T=15.6ºC
V=min
16.3350min60
10579.0
34535.0109.5279
3fthlb
ftkg
lbhkg
=×××
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 22 DE 41
ELABORO:
REVISO
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.3.1.3 RESUMEN CASO 2 BASE SECA. SISTEMA INGLES: AIRE FRESCO SISTEMA METRICO: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Q= 17,128,508.31BTU/H
37,100 ACFM 128,885.4LB/H
T=617ºF
96,664.05LB/H
T=60ºF
GAS NAT. 286.7SCFM T=60ºF
AIRE 3350.16SCFM T=60ºF
32,221.35LB/H 25% RECIRCULACION T=122ºF
128,885.4LB/H T=75.74ºF
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Q= 4,091,855.7Kcal/h
58,461.12kg/h
T=325ºC
43,845.84kg/h
T=15.6ºC
GAS NAT. 460.79Nm3/h
AIRE 5403.36Nm3/h
14,615.28kg/h 25% DE RECIRCULACION T=50ºC
58,461.12kg/h T=24.3ºC
MEZCLA
MEZCLA
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 23 DE 41
ELABORO:
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
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7.3.2 BALANCE TERMICO CONSIDERANDO LA HUMEDAD DE LA RECIRCULACION.
*DATOS DE LA CARTA PSICOMETRICA. La humedad específica y la entalpía de la mezcla se determinan a partir de la siguiente ecuación:
13
32
13
32
2
1
hhhh
mm
a
a
−−
=−−
=ϖϖϖϖ
44108
006.003.0
84.845,4328.615,14
3
3
3
3
−−
=−−
=h
hϖ
ϖ
Haciendo las iteraciones respectivas se obtiene: ω3= 0.024 kgH2O/kg aire seco. h3= 92 kJ/kg aire seco Con estas dos propiedades se ingresa a la carta psicométrica de donde se obtiene: T3=28.2ºC. φ3=100% Con los datos obtenidos se procede al balance térmico: Qaire seco+ Q agua = Q requerido
SECCION DE MEZCLADO
AIRE DE RECIRCULACION T1=50ºC SATURADO W1=14,615.28kg/h h1=108kJ/kgaire* ω1=0.03kgH2O/kgaire* AIRE FRESCO T2=15.6ºC φ= 54% W2=43,845.84kg/h h2=44kJ/kgaire* ω2=0.006kgH2O/kgaire*
MEZCLA DE ENTRADA AL CALENTADOR A FUEGO DIRECTO W3=W1+W2+WH2O T3 = ? φ3 = ? h3 =? ω3=?
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 24 DE 41
ELABORO:
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
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COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
Qaire seco =(58461.12kg/h)(1.028kJ/kgK)(598-301.2)K Qagua= (0.024kgH2O/kg aire seco)(58,461.12kg aire seco)(4.88kJ/kgK)(598-301.2)K Q aire seco= 17,837,095.71 kJ/h Q agua= 2,032,179.62 kJ/h Q requerido= 19,869,275.33 kJ/h
Q= h
BTUkJ
BTUhkJ 54.496,832,18
194782.033.275,869,19 =
×
Calculando la cantidad de gas natural.
Q=h
KcalkJ
KcalhkJ 847.601,746,4
186.4133.275,869,19 =
×
W= hsmsmkcal
hkcal /07.565/8400
/847.601,746,4 33 =
A condiciones normales T=0ºC
2
22
1
11
TVP
TVP
=
W=h
Nm3
52.5346.288
27307.565 =
×
Wfuel= hkg
smkg
hsm 98.29355.052.534 3
3
=×
Waire=hkg
hkgcomb
kgcombkgaire 81.612398.29383.20 =×
Flujo volumétrico de aire a P= 580mmHg y T=15.6ºC
V=min
00.3887min60
10579.0
34535.0181.6123
3fthlb
ftkg
lbhkg
=×××
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 25 DE 41
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.3.2.1 RESUMEN CASO 2 CONSIDERANDO LA HUMEDAD DE LA RECIRCULACION. SISTEMA INGLES: AIRE FRESCO SISTEMA METRICO: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Q= 18,832,496.54BTU/H
131,979.26 LB/H
T=617ºF
96,664.05LB/H
T=60ºF
GAS NAT. 332.58 SCFM T=60ºF
AIRE 3887SCFM T=60ºF
32,221.35LB/H AIRE SECO 25% RECIRCULACION T=122ºF
128,885.4LB/H AIRE SECO 3093.86LB/H AGUA T=82.76ºF ω=100%
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Q= 4,746,601.84Kcal/h
59,864.18kg/h
T=325ºC
43,845.84kg/h
T=15.6ºC
GAS NAT. 534.52Nm3/h
AIRE 6267.97Nm3/h
14,615.28kg/h 25% DE RECIRCULACION T=50ºC
58,461.12kg/h aire seco 1403.06kg/h H2O T=28.2ºC
MEZCLA
MEZCLA
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 26 DE 41
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
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COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.4 CASO PROPUESTO 1. AIRE FRESCO Y 50% DE RECIRCULACION DE LOS GASES DE LA CALDERA NEBRASKA.
AIRE FRESCO 7.4.1 BALANCE TERMICO BASE SECA. AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
37,100 ACFM
128,885.4 LB/H
T=617ºF
94,505.4 LB/H
T=60ºF
GAS NAT.
AIRE
50% DE GASES DE COMB. 34,380 LB/H T=275ºF
MEZCLA 128,885.4LB/H T=?
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Cp=1.051kJ/kgK
58,461.12kg/h
T=325ºC
42,866.61kg/h Cp=1.005 kJ/kgK
T=15.6ºC
GAS NAT.
AIRE
58,461.12kg/h Cp=? T=?
MEZCLA
50% GASES COMB. 15,594.51kg/h cp= T=135ºC
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 27 DE 41
ELABORO:
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.4.1.1 CALCULO DE LAS PROPIEDADES DE LOS GASES DE COMBUSTION. 7.4.1.1.1 DENSIDAD A P=580mmHg y T=135ºC. Datos: P.M= 29.2mol/kg
P= 580mmHg=
atm
PammHgatmmmHg
1101325
7601580 = 77326.97Pa
T= 135ºC = 135+325= 408K
R=Kmol
mPa×× 3
8314
3/665.0
83144089.773262.29 mkg=
××
=ρ
En sistema Ingles:
P= psiaatm
psiammHgatmmmHg 21.11
1696.14
7601580 =
T= RK 4.73440859
=×
R=Rlbmol
ftpsia×× 3
7314.10
4.7347314.1021.112.29
××
=ρ =0.041lb/ft3.
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 28 DE 41
ELABORO:
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.4.1.1.2 CALOR ESPECIFICO A T= 135ºC.
COMPUESTO FORMULA % Cp
(kJ/kgK) cpPROM (kJ/kgK) DIOXIDO DE CARBONO CO2 10 0.939 0.093900 AGUA H20 8 1.900 0.152000 OXIGENO O2 5 0.941 0.047050 NITROGENO N2 75 1.044 0.783000 MONOXIDO DE CARBONO CO 0.5 1.047 0.005235 OXIDO DE NITROGENO NO 0.5 BIOXIDO DE NITROGENO NO2 1 100 1.081
7.4.1.2 TEMPERATURA DE LA MEZCLA.
T=043.112.461,58
)408081.151.594,15()6.288005.161.866,42(×
××+××
T=316.7K T=43.7ºC 7.4.1.3 CALCULO DEL CALOR REQUERIDO. Q= ( 58,461.12 kg/h)(1.023kJ/kgK)(598-316.7) Q= 16,823,350.66 kJ/h
Q= h
BTUkJ
BTUhkJ 22.508,945,15
194782.066.350,823,16 =
×
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 29 DE 41
ELABORO:
REVISO
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
Calculando la cantidad de gas natural.
Q=h
KcalkJ
KcalhkJ 2.956,018,4
186.4166.350,823,16 =
×
W= hsmsmkcal
hkcal /44.478/8400
/2.956,018,4 33 =
A condiciones normales T=0ºC
2
22
1
11
TVP
TVP
=
W=h
Nm3
57.4526.288
27344.478 =
×
Wfuel= hkg
smkg
hsm 91.24855.057.452 3
3
=×
Waire=hkg
hkgcomb
kgcombkgaire 96.518491.24883.20 =×
Flujo volumétrico de aire a P= 580mmHg y T=15.6ºC
V=min
08.3291min60
10579.0
34535.0196.5184
3fthlb
ftkg
lbhkg
=×××
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 30 DE 41
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.4.2 RESUMEN CASO PROPUESTO 1. 50% GASES DE COMBUSTION BASE SECA. SISTEMA INGLES: AIRE FRESCO SISTEMA METRICO: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO Q=15,945,508.22BTU/H
37,100 ACFM
128,885.4 LB/H
T=617ºF
94,505.4 LB/H
T=60ºF
50% DE GASES DE COMB. 34,380 LB/H T=275ºF
MEZCLA 128,885.4LB/H T=110.6ºF
GAS NATURAL 281.59SCFM
AIRE 3291.08 SCFM
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO Q=4,018,956.2KCAL/H
58,461.12kg/h
T=325ºC
42,866.61
T=15.6
50% DE GASES DE COMB. 15,594.51kg/h T=135ºC
MEZCLA 58,461.12 kg/h T=43.7ºC
GAS NATURAL 452.57Nm3/h
AIRE 5307.02Nm3/h
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 31 DE 41
ELABORO:
REVISO
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ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.5 CASO PROPUESTO 2. AIRE FRESCO Y 100% DE RECIRCULACION DE LOS GASES DE LA CALDERA NEBRASKA.
AIRE FRESCO 7.5.1 BALANCE TERMICO BASE SECA. AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
37,100 ACFM
128,885.4 LB/H
T=617ºF
60,125.4 LB/H
T=60ºF
GAS NAT.
AIRE
100% DE GASES DE COMB. 68,760 LB/H T=275ºF
MEZCLA 128,885.4LB/H T=?
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
Cp=1.051kJ/kgK
58,461.12kg/h
T=325ºC
27,272.27kg/h Cp=1.005 kJ/kgK
T=15.6ºC
GAS NAT.
AIRE
58,461.12kg/h Cp=? T=?
MEZCLA
100% GASES COMB. 31,188.84 kg/h cp= 1.08kJ/kgK T=135ºC
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 32 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.5.1.1 TEMPERATURA DE LA MEZCLA.
T=043.112.461,58
)408081.184.188,31()6.288005.127.272,27(×
××+××
T=356.14K T=83.14ºC 5.3.1.3 CALCULO DEL CALOR REQUERIDO. Q= ( 58,461.12 kg/h)(1.077kJ/kgK)(598-356.14) Q= 15,228,140.78 kJ/h
Q= h
BTUkJ
BTUhkJ 83.231,433,14
194782.078.140,228,15 =
×
Calculando la cantidad de gas natural.
Q=h
KcalkJ
KcalhkJ 02.977,447,3
186.4184.231,433,14 =
×
W= hsmsmkcal
hkcal /47.410/8400
/026.977,447,3 33 =
A condiciones normales T=0ºC
2
22
1
11
TVP
TVP
=
W=h
Nm3
28.3886.288
27347.410 =
×
Wfuel= hkg
smkg
hsm 75.22555.047.410 3
3
=×
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 33 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
Waire=hkg
hkgcomb
kgcombkgaire 55.470275.22583.20 =×
Flujo volumétrico de aire a P= 580mmHg y T=15.6ºC
V=min
87.2984min60
10579.0
34535.0155.4702
3fthlb
ftkg
lbhkg
=×××
7.5.2 RESUMEN CASO PROPUESTO 2. 100% GASES DE COMBUSTION BASE SECA. SISTEMA INGLES: AIRE FRESCO SISTEMA METRICO: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO Q=14,433,231.83BTU/H
37,100 ACFM
128,885.4 LB/H
T=617ºF
60,125.4 LB/H
T=60ºF
100% DE GASES DE COMB. 68,760 LB/H T=275ºF
MEZCLA 128,885.4LB/H T=181.65ºF
GAS NATURAL 241.59SCFM
AIRE 2984.87 SCFM
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO Q=3,447,977.02KCAL/H
58,461.12kg/h
T=325ºC
27,272.92
T=15.6
100% DE GASES DE COMB. 31,188.2kg/h T=135ºC
MEZCLA 58,461.12 kg/h T=83.14ºC
GAS NATURAL 388.28m3/h
AIRE 4813.25m3/h
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 34 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.6 CASO PROPUESTO 3. AIRE FRESCO, 50% DE RECIRCULACION DE LOS GASES DE COMBUSTION Y 25% DE RECIRCULACION HUMEDA.
AIRE FRESCO 7.6.1.1 TEMPERATURA DE LAS MEZCLAS. Debido a que la mezcla 1 no son dos corrientes de aire se hace necesario calcular primeramente la cantidad de agua que tendrá la mezcla 1 y a partir de esa cantidad de agua calcular la temperatura de mezcla con los tres calores (agua, aire seco y gases). 1) Se considera que los gases de combustión tienen un 0.8% de humedad 2) Con la humedad se procede a calcular la presión parcial. Pa=P-Pv Donde: Pv=φPg=φPsat@135ºC=(0.008)(325kPa) Pv= 2.6kPa Considerando que el gas de combustión viene atmosférico: Pa= (77.32kPa-2.6kPa) Pa=74.72kPa La humedad del los gases de combustión será
askgOkgHPPP
v
v deg/0216.0)6.232.77()6.2*622.0(622.0
2=−
=−
=ϖ
3) Con este dato se iterara para sacar la humedad de la mezcla:
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
37,100 ACFM
128,885.4 LB/H
T=617ºF
62,284.05 LB/H
T=60ºF
GAS NAT.
AIRE
50% DE GASES DE COMB. 34,380 LB/H T=275ºF
MEZCLA2 128,885.4LB/H T=?
MEZCLA1 66,601.35LB/H T=?
25% DE RECIRCULACION. 32,221LB/H T=122ºF
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 35 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
13
32
2
1
ϖϖϖϖ
−−
=WW
0317.00216.0
28.615,141.594,15
3
3
−−
=ϖ
ϖ
ω3=0.02654kg de H2O/kg de mezcla seca. TEMPERATURA MEZCLA 1
T=125.1012.022,31
)174.438.3020902654.0()408081.11.15594()323005.128.615,14(×
××+××+××
T=363.99K T=90.99ºC TEMPERATURA MEZCLA 2
T=065.158.273,59
)288005.157.251,28()331125.1012.022,31(×
××+××
T=331.057K T=58.05ºC 7.6.1.2 CALCULO DEL CALOR REQUERIDO. Q= ( 59273.58 kg/h)(1.065kJ/kgK)(598-331.057) Q= 16,851,203.18 kJ/h
Q= h
BTUkJ
BTUhkJ 4.907,971,15
194782.018.203,851,16 =
×
Calculando la cantidad de gas natural.
Q=h
KcalkJ
KcalhkJ 93.609,025,4
186.4118.203,851,16 =
×
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 36 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
W= hsmsmkcal
hkcal /24.479/8400
/93.609,025,4 33 =
A condiciones normales T=0ºC
2
22
1
11
TVP
TVP
=
W=h
Nm3
27.4546.288
27324.479 =
×
Wfuel= hkg
smkg
hsm 58.26355.024.479 3
3
=×
Waire=hkg
hkgcomb
kgcombkgaire 4.549058.26383.20 =×
Flujo volumétrico de aire a P= 580mmHg y T=15.6ºC
V=min
95.3484min60
10579.0
34535.014.5490
3fthlb
ftkg
lbhkg
=×××
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 37 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.6.1 RESUMEN CASO PROPUESTO 3. SISTEMA INGLES: AIRE FRESCO SISTEMA METRICO: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO Q=15,971,907.4BTU/H
130,675.7 LB/H
T=617ºF
62,284.05 LB/H
T=60ºF
GAS NAT. 282SCFM
AIRE 3484.95SCFM
50% DE GASES DE COMB. 34,380 LB/H T=275ºF
MEZCLA2 130,675.7LB/H T=136.5ºF
MEZCLA1 66,601.35LB/H T=195.78ºF ω=0.0585lbH2O
25% DE RECIRCULACION. 32,221LB/H T=122ºF
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO Q=4,025,609.93KCAL/H
59,273.58 kg/h
T=325ºC
28,251.57kg/h
T=15.6
GAS NAT. 454.27Nm3/h
AIRE 5619.65Nm3/h
50% DE GASES DE COMB. 15,594.1kg/h T=135ºC
MEZCLA2 59,273.58kg/h T=58.05ºC
MEZCLA1 30,209.38kg/h T=90.99ºC ω=0.02654kgH2O
25% DE RECIRCULACION. 14,615.28kg/h T=50ºC
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 38 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
7.7 CASO PROPUESTO 4. AIRE FRESCO, 100% DE RECIRCULACION DE LOS GASES
DE COMBUSTION Y 25% DE RECIRCULACION HUMEDA. AIRE FRESCO 6.7.1.1 TEMPERATURA DE LAS MEZCLAS. Debido a que la mezcla 1 no son dos corrientes de aire se hace necesario calcular primeramente la cantidad de agua que tendrá la mezcla 1 y a partir de esa cantidad de agua calcular la temperatura de mezcla con los tres calores (agua, aire seco y gases). 4) Se considera que los gases de combustión tienen un 0.8% de humedad 5) Con la humedad se procede a calcular la presión parcial. Pa=P-Pv Donde: Pv=φPg=φPsat@135ºC=(0.008)(325kPa) Pv= 2.6kPa Considerando que el gas de combustión viene atmosférico: Pa= (77.32kPa-2.6kPa) Pa=74.72kPa La humedad del los gases de combustión será
askgOkgHPPP
v
v deg/0216.0)6.232.77()6.2*622.0(622.0
2=−
=−
=ϖ
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO
37,100 ACFM
128,885.4 LB/H
T=617ºF
27,904.4 LB/H
T=60ºF
GAS NAT.
AIRE
100% DE GASES DE COMB. 68,760 LB/H T=275ºF
MEZCLA2 128,885.4LB/H T=?
MEZCLA1 100,981LB/H T=?
25% DE RECIRCULACION. 32,221LB/H T=122ºF
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 39 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
6) Con este dato se iterara para sacar la humedad de la mezcla:
13
32
2
1
ϖϖϖϖ
−−
=WW
0317.00216.0
28.615,140.189,31
3
3
−−
=ϖ
ϖ
ω3=0.02489kg de H2O/kg de mezcla seca. TEMPERATURA MEZCLA 1
T=137.142.036,47
)174.429.804,4502489.0()408081.1189,31()323005.128.615,14(×
××+××+××
T=376.5K T=103.5ºC TEMPERATURA MEZCLA 2
T=07.125.693,59
)6.288005.183.656,12()5.376137.147.036,47(×
××+××
T=372.45K T=99.45ºC 5.5.1.2 CALCULO DEL CALOR REQUERIDO. Q= (59,693.25 kg/h)(1.07kJ/kgK)(598-372.45) Q= 14,406,279.42 kJ/h
Q= h
BTUkJ
BTUhkJ 76.559,654,13
194782.042.279.406,14 =
×
Calculando la cantidad de gas natural.
Q=h
KcalkJ
KcalhkJ 85.958,261,3
186.4142.279,406,14 =
×
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 40 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
W= hsmsmkcal
hkcal /32.388/8400
/85.958,261,3 33 =
A condiciones normales T=0ºC
2
22
1
11
TVP
TVP
=
W=h
Nm3
33.3676.288
27332.388 =
×
Wfuel= hkg
smkg
hsm 03.20255.033.367 3
3
=×
Waire=hkg
hkgcomb
kgcombkgaire 4.208,403.20283.20 =×
Flujo volumétrico de aire a P= 580mmHg y T=15.6ºC
V=min
22.671,2min60
10579.0
34535.014.208,4
3fthlb
ftkg
lbhkg
=×××
6.7.2 RESUMEN CASO PROPUESTO 4. SISTEMA INGLES: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO Q=13,654,559.76BTU/H
131,600.9 LB/H
T=617ºF
27,904.4 LB/H
T=60ºF
GAS NAT. 228.56SCFM
AIRE 2671.22SCFM
100% DE GASES DE COMB. 68,760 LB/H T=275ºF
MEZCLA2 131,600.9LB/H T=211.01ºF
MEZCLA1 100,981LB/H T=218.3ºF ω=0.05487lbH2O
25% DE RECIRCULACION. 32,221LB/H T=122ºF
MEMORIA DE CALCULO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
HOJA 41 DE 41
ELABORO:
REVISO
ING. C.R.S ING.
ESPECIALIDAD: PROCESO APROBO CLIENTE:
ING. “DISEÑO DE UN DUCTO RECUPERADOR DE GASES DE
COMBUSTION” REVISIÓN: FECHA:
A 15/AGOSTO/2008
SISTEMA METRICO: AIRE FRESCO
CALENTADOR A FUEGO
DIRECTO Q=3,261,958.85KCAL/H
59,693.25 kg/h
T=325ºC
12,656.83kg/h
T=15.6ºC
GAS NAT. 367.33Nm3/h
AIRE 4,307.47Nm3/h
100% DE GASES DE COMB. 31,189.01kg/h T=135ºC
MEZCLA2 59,693.25kg/h T=99.45ºC
MEZCLA1 45,804.29kg/h T=103.5ºC ω=0.02489kgH2O
25% DE RECIRCULACION. 14,615.28kg/h T=50ºC
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