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viernes, 28 de enero de 2011

La Eficiencia de una Caldera


La eficiencia de una caldera, es la relación entre el calor aprovechado por el fluido (Agua o Vapor) y el calor que suministra el combustible a éste en una hora.

La eficiencia de la caldera en su planta es determinada por dos factores:
  1. 1.   Diseño de la caldera y limpieza de las superficies de calefacción
  1. 2.   Diseño del quemador y habilidad de éste para ser ajustado y sostener la relación Aire – Combustible.
  
Diseño de la Caldera

        El diseño de la caldera y la limpieza de las superficies de calefacción, tanto del lado de agua como en el lado de los gases, son los factores que permiten la transferencia del calor al agua. Un buen diseño y superficies limpias, representan máxima transferencia de calor y menos pérdidas por la chimenea. Diseños anticuados y hollín e incrustación en los tubos de la caldera, reducen la transferencia de calor, incrementan la temperatura de los gases en la chimenea y consecuentemente tendríamos baja eficiencia.

Diseño del Quemador

        Todos los quemadores requieren un exceso de aire adicional a la cantidad de aire químicamente necesario para la combustión. Si se suministra una cantidad de aire insuficiente para la combustión, la flama humeará y cubrirá los tubos de hollín y cartón.
        En caso contrario, si emplea grandes cantidades de exceso de aire, el aire innecesario es calentado y expulsado por la chimenea llevando consigo considerables cantidades de calor que es desperdiciado. Consecuentemente es importante en la eficiencia de operación la relación Aire – Combustible y deberá ser comprobada con un análisis de gases.

Diferentes Tipos de Eficiencia
  
Podemos hablar de tres tipos de eficiencia:
1.   Eficiencia Total de la Caldera
2.   Eficiencia térmica
3.   Eficiencia de combustión


1.- Eficiencia Total de la Caldera

       Este es un término general, y significa la eficiencia total, o sea, la eficiencia combustible a vapor.
       La eficiencia total de una caldera es la relación entre el calor aprovechado por el fluido (Agua o Vapor) y el calor que suministra el combustible al mismo, en una hora.
       Algebraicamente la eficiencia de una caldera o generador de vapor se puede expresar así:


n = Calor aprovechado = W (hf – hg)
     Calor suministrado       Pc x Cc


Donde:     n       = Eficiencia del generador de vapor

               W      = Peso del vapor producido por hora (Kg/hr-Lb/h.)

               Hg    = Entalpía del vapor a la salida (Kcal/Kg-BTU/Lb.)

               hf      = Entalpía del agua a la entrada (Kcal/Kg-BTU/Lb.)

                  Pc     = Poder calorífico del combustible Kcal/Kg-BTU/Lb.)

Cc    = Cantidad de combustible quemado x hora en      peso. (Kg/hr-Lb/hr)

Esta expresión puede presentarse de la siguiente manera:


        n = Calor suministrado – Calor perdido
                        Calor suministrado


                n = Qs – Qp = 1 - Qp
                          Qs            Qs

Donde:      Qs     = Calor suministrado

                Qp    = Calor perdido


2.- Eficiencia Térmica

        Esta es la efectividad de la transmisión de calor en un cambiador de calor. Esta no toma en cuenta las pérdidas por radiación y convección (como por ejemplo: del cuerpo de una caldera, de la columna de agua, de la puerta trasera etc.) u otras pérdidas varias, tales como: la variación en el valor calorífico, precisión en la medida del combustible, vapor de agua, o peso de los accesorios.

        Las pérdidas por radiación, convección y otras, pueden ser del 1% a 3% de la capacidad desarrollada por la caldera y su valor depende del tamaño de la caldera.


ESTIMACIÓN DE PERDIDAS DE CALOR POR RADIACIÓN, CONVECCIÓN Y OTRAS AL 100% DE CAPACIDAD

       
Tamaño de la Caldera CC            % de Pérdidas

                        50                                    3,0
                        60                                    2,5
                        70                                    2,5
                        80                                    2,3
                       100                                   2,0
                       125                                   2,5
                       150                                   2,0
                       200                                   1,5
                       250                                   2,3
                       300                                   1,8
                       350                                   1,3
                       400                                   2,0
                       500                                   1,8
                       600                                   1,3

jueves, 27 de enero de 2011

COMBUSTIÓN


Siguiendo con el tema de las Calderas en nuestro blog Maquinas Industriales el día de hoy hablaremos de Combustión

TIPOS Y PROPIEDADES DE COMBUSTIBLE

        Combustible es toda sustancia que combinada con el oxígeno del aire, produce luz, calor y desprendimiento de gases.

Existen tres tipos de combustibles:
  • Sólidos
  • Líquidos
  • Gaseosos

- Combustibles Sólidos

Tales como: el carbón mineral, que se encuentra diseminado en depósitos fósiles en dos clases generales que son: Carbón Antracita y Carbón Bituminoso.

        El Coke que es una sustancia sólida que resulta después de quemar el carbón mineral en Hornos especiales.

Existen otros combustibles sólidos que son: La madera, La Corteza, La Paja, La Brea , El Aserrín, el Bagazo de Caña Etc.


- Combustibles Líquidos

        El Petróleo crudo: es un líquido, mezcla de una gran cantidad de hidrocarburos sólidos y gaseosos disueltos en otros hidrocarburos líquidos, a parte de otros compuestos de Azufre (S), Oxígeno (O) y Nitrógeno (N), que suele variar entre los siguientes límites.

Carbón (C)                          : 83 a 87%
Hidrógeno (H)                     : 10 y 14%
Oxígeno (O)                        : en general menor a 3%
Nitrógeno (N)                      : en general menor a 1%
Azufre (S)                           : en general menor a 2%


PROPIEDADES SÍLICAS DEL PETRÓLEO CRUDO

Densidad: A una temperatura de 15°C varía de 0,88 a 1,00 y el coeficiente de dilatación es aproximadamente de 0,00063 por cada grado centígrado.
Calor: Es muy variable, de amarillo claro a casi negro, va en proporción directa con la densidad, correspondiendo a mayor densidad un calor más obscuro.
Olor: Depende generalmente de la cantidad de azufre que contenga, a mayor proporción de azufre mayor olor.
Viscosidad: Es muy variable también, y va en relación proporcional a la temperatura y siempre será más baja cuando mayor sea la temperatura.
Calor Específico: Es también muy variable y va de 0,45 a 0,55 y aproximadamente para cálculos prácticos se toma 0.5.


Variedades en Petróleo

En la producción mundial, encontramos tres principales variedades de petróleo:
  1. Parafínicos
  2. Asfálticos
  3. Mixtos
  1. Se da el nombre de petróleo Parafínicos cuando los residuos resultantes de la destilación contienen una gran cantidad de hidrocarburos de la serie parafínica, ejemplos de esta variedad son los petróleos de Estados Unidos.
  2. Es la misma definición que para los parafínicos, con la excepción de que los hidrocarburos son de la serie de los asfálticos, naftánicos o aromáticos como los encontrados en México.
  3. Como su nombre lo indica contienen los dos tipos de hidrocarburos y se encuentran en la Argentina.
Los combustibles líquidos industriales (petróleo diáfano, gasolina, Diesel y petróleo residual o chapapote) se obtiene por destilación fraccionada o destructiva del petróleo crudo.


        Petróleo residual (bunker o combustible No.6): tiene una gran variedad de nombres, ya que es conocido con el nombre de chapapote, combustoleo, etc. Como su nombre lo indica, es el residuo líquido resultante de la refinación del petróleo crudo, o sea que queda después de haber extraído las gasolinas, petróleo diáfano y aceites lubricantes, su densidad puede ser de 1.04


        Diesel (Aceite No.2): su densidad es variable y va desde 0,86 a 0,92, a mayor mayor cantidad de hidrocarburos naftánicos, corresponde una mayor densidad, su poder calorífico va de acuerdo a su densidad, (11.051 Kcal/Km con una densidad de 0,82)

En la cámara de combustión de un motor, la temperatura aumenta de 500 o 600 °C, que son necesarios para que el diesel haga explosión.


- Combustibles Gaseosos

        Los combustibles gaseosos más usados en calderas son: Gas natural, gas de horno de Coke, gas de altos hornos, y gas pobre.
Los combustibles gaseosos tienen tienen todas las ventajas de los combustibles líquidos y menos desventajas. Únicamente, para su encendido es necesario tomar mayor numero de medidas de seguridad y evitar las fugas por insignificantes que estas sean en las tuberías.