CÁLCULOS REQUERIDOS DE LA PLANTA (segunda Parte)

I.- Calculo del flujo de vapor en el caldero:

Se tiene: Vapor que ingresa a la turbina (Gv) --- ------------- 672608.57 Kg/Hr Vapor que se emplea para la limpieza

De las superficies calentadas (con los Sopladores de hollín) 0.5%Gv ----------------- 3363.04 Kg/Hr

Entonces:

Gvc = 672608.57 + 3363.04

Gvc = 675971.61 Kg/Hr

Resumiendo los flujos de vapor, en Kg/Hr:

Caldero(Gvc)

Turbina(Gv)

CalentadoresC1 C2 C3 C4 C5 C6 C7

675971.61

672608.57 44614.13 38530.38 33122.61 22631.09 26362.89 22307.06 16223.32

Cálculos en el caldero Acuotubular de la Planta Térmica a Vapor:

1. Determinación del calor entregado por el combustible al vapor (Q A ):

Donde:

T14 = 216ºC T14’ = 261ºC

(El economizador eleva la temperatura en un 40ºC para evitar el choque térmico)

  Temp Pressure Specific Enthalpy  C MPa kJ/kg1. 571.1 11.02 3543.192. 325.709 2.42 3071.173. 571.1 2.42 3620.944. 222.23 2.42 2801.75. 195.03 1.4 2789.036. 167.73 0.75 2765.477. 140.8 0.37 2734.019. 113.275 0.16 2695.5210. 85.8965 0.06 2652.5411. 60.02 0.02 2608.7712. 32.835 0.005 2297.6613. 32.835 0.005 137.23214. 32.846 0.16 137.38815. 54 0.16 226.70216. 81 0.16 340.16217. 113.275 0.16 475.54318. 114.285 11.02 486.96819. 135 11.02 574.65120. 162 11.02 690.76821. 189 11.02 809.76822. 216 11.02 931.69323. 290 11.02 1290.91a 222.23 2.42 954.415b 195.03 1.4 949.766c 195.03 1.4 830.279d 167.73 0.75 825.948e 167.73 0.75 709.085f 140.8 0.37 705.03g 140.8 0.37 592.399h 113.275 0.16 588.198i 85.8965 0.06 360.613j 60.02 0.02 356.564k 60.02 0.02 251.97l 32.835 0.005 247.144

Según Consideraciones:

Presión de Salida del Sobrecalentador:

Se ha asumido que las perdidas de presión entre el sobrecalentador y la entrada a la turbina de alta equivalen a un 5%.

Entonces:

Psobrecalentador = Pturbina / 0.95 Psobrecalentador = 11.02/0.95 = 11.6 MPa

Presión del Caldero:

En el sobrecalentador existe perdida de presión y estas se han asumido que equivalen a un 10% de la presión del caldero.

Entonces:

Pcaldero = Psobrecalentador / 0.90

Pcaldero = 11.6 / 0.90 = 12.89 MPa

Temperatura de Salida del Sobrecalentador:

La tubería que une la salida del sobrecalentador y la entrada de la turbina hay perdidas de temperatura con una caída de temperatura de 20ºF.

Entonces:

Tsobrecalentador = 571.1 - 11 = 560.1ºC

Según la figura anterior:

Los gases de escape se aprovecharan para calentar el agua de alimentación y el aire que requiere para la combustión.

Por lo tanto para el cálculo de la entrega de calor se considerara entre la salida del economizador y la salida del sobrecalentador.

Entonces:

Salto de entalpía del vapor en el generador de vapor:

∆hGenerador de vapor

∆hGenerador de vapor = ( h1 – h14’) + (h2’ – h2)

Donde:

T1 = 560.1 ºCP1 = 11.6 MPah1 = 3543.19KJ/Kg

T14’ = 571.1ºCPcaldero’ = 12.89 MPah14’ = 1290.91KJ/Kg

T2’ = 571.1ºCP2’ = 2.42 MPaH2’ = 3620.94KJ/Kg

T2 = 325.709ºCP2 = 2.42 MPaH2 = 3071.17KJ/Kg

∆hGenerador de vapor = (3543.19 – 1290.91) + (3620.94 – 3071.17)

∆hGenerador de vapor = 2802.05 KJ/Kg

Considerando las siguientes pérdidas de calor en el caldero:

Calor que se llevan los gases de escape : 10% Calor que se pierde por radiación : 2%

Total : 12%

Por lo tanto la eficiencia del caldero será: ŋcaldero = 88%

Luego la cantidad de calor que debe entregar el combustible al vapor considerando estas pérdidas será:

QA = Gvc*∆hGenerador de vapor / ŋ caldero

QA = (675971.61*2802.05) / 0.88

QA = 2.1524*109 KJ/Hr

Consumo de combustible: (Gp)

Deduciendo dicho termino:

Ŋ Caldero = Eutil / E q’ cuesta = (Gvc*∆hGenerador de vapor)/ (Gc*PCcomb)

Gc = (Gvc*∆hGenerador de vapor) / (ŋ caldero* PCcomb)

Gc = QA / PCcomb

Poder Calorífico del Combustible a utilizar en la Caldera Acuotubular:

Para nuestra planta se utilizara el GAS NATURAL por lo tanto su poder calorífico será según datos obtenidos de Internet oscila desde los 39900KJ/Kg. – 44000KJ/Kg.Para nuestro caso vamos a asumir como PCgas natural el promedio: 42000KJ/Kg.

Entonces:

Gc = (2.1524*109 KJ/Hr) / (42000KJ/Kg.)

Gc = Gp = 51247.619 Kg/Hr

Flujo de los Gases de la Combustión: (Gg)

Por ensayos se conoce que para un 80% de exceso de aire:

RELACION aire/comb. = 16/1

RELACION gases/comb. = 17/1

Gg = 17*Gp = 17*51247.619Kg/Hr

Gg = 871209.5238Kg/Hr.

Flujo de Aire Requerido para la Combustión: (Gac)

Gac = Gg – Gp = 871209.5238Kg/Hr – 51247.619Kg/Hr

Gac = 819961.9048Kg/Hr

Determinación de la Temperatura de los Gases de Escape a la Salida: (Tg)

Como se ha considerado que los gases se llevan el 10% del QA de tendrá: Gg*Cpg*(ts – ti) = 0.1QA

Entonces:

ts = ti + (0.1QA / Gg*Cpg )

Donde:

ti = tambiente = 72ºF = 22ºCQA = 2.1524*109 KJ/HrGg = 871209.5238 Kg/Hr.Cpg = 0.24BTU/ºF-lb = 0.5583KJ/ºF-Kg.

Entones:

ts = 72ºF + (0.1* 2.1524*109 KJ/Hr) / (871209.5238Kg/Hr.* 0.5583KJ/ºF-Kg)

ts = 72ºF + 442.52ºF = 514.52ºF

ts = 268.07ºC

*Esta temperatura corresponde a la temperatura de los gases a la entrada del ventilador inducido.

Determinación de la Superficie Calentada del Generador de Vapor para Producir Vapor Saturado:

Datos: Capacidad = 250% de capacidad normal.Según la figura 1:

Agua de alimentación (salida de economizador) h14’ = 1290.91KJ/Kg Entalpía del vapor saturado:

Pcald.’ = 12.89 MPaTsaturación = 325.7ºChg = 2663.37 KJ/Kg

Entonces:

POTENCIA CALDERO = Gvc*(hg – h14’)

POTENCIA CALDERO = 675971.61 Kg/Hr*(2663.37 KJ/Kg – 1290.91 KJ/Kg)

POTENCIA CALDERO = 927743995.86KJ/Hr = 257706.67Kw

POTENCIA CALDERO = 343608.89HP.

Según normas se tiene:

%CAPACIDAD NORMAL Pies2/Hpcaldero200 4.30250 3.58300 2.86

Por lo tanto

Superficie Calentada = (3.58 Pies2/Hpcaldero)* 343608.89HP

Superficie Calentada = 1230119.82 Pies2

II.-Calculo de los Ventiladores de Tiro Forzado e Inducido:

Para el cálculo de la potencia de accionamiento de los ventiladores se usara la siguiente expresión:

Pot = 0.0001573*PCM*H ŋ ventilador

1.-Ventilador de Tiro Forzado: “Alimentación del Aire”

Se tiene:

H = 3' de H2O

PCM = M*R*T PDonde: M = Gac= 819961.9048 Kg/Hr=lb/HrR = 53.3T = 70ºF = 530ºRP = 14.7Psi

PCM = 1409207.354*53.3*530 14.7*144*60

PCM = 313434.5753 Pie3/min

ŋ ventilador = 65%

Entonces:

Pot = 0.0001573*313434.5753*3 0.65

Pot = 227.5535HP = 169.686KW

2. -Ventilador de Tiro Inducido :``Expulsion de Gases´´

PCM = M*R*T P

Donde:

M = Gg = 671166.0329Kg/Hr = 1479667.72lb/HrR = 53.3T = 430.23ºF = 890.23ºRP = 1934Psi

PCM = 1479667.72*53.3 *890.23 1934*60PCM = 605042.5446 Pie3/min

ŋ ventilador = 65%

Entonces:

Pot = 0.0001573*605042.5446*3 0.65

Pot = 439.261HP = 327.557KW

III.-Cálculo en el Condensador:

Flujo del vapor en el Condensador:

Gcond. = Gv – ( G1+G2+G3+G4 )

Gcond = 499225-(34676.16+29629+19066.9+24049.22) Gcond = 391803.72 Kg/Hr Gw = G cond* (h5-h6) CpH2O(TS-Ti)

Donde :

h5 = 2271 KJ/Kgh6 = 137.8 KJ/KgTS = 43.33ºC = 316.33ºKTi = 32.8ºC = 305.8ºKCpH2O = 1.8723 KJ/Kg K

Entonces:

Gw = 391803.72*(2271-137.8) 1.8723*(316.33-305.2)Gw = 40107863.52 Kg/Hr

IV.- Dimensionamiento de la Torre de Enfriamiento:

Para determinar las dimensiones de la Torre se usaran las siguientes expresiones:

Dt = A √ H …… ( I ) Ct√Ct

Gw = 90.59 ∆ h √∆t + 0.3124 ∆h …… ( II ) Dt ∆T

Donde: Dt = Coeficiente de servicio

A = Área de la Base de la Torre, medido por encima del nivel agua de Pozo H = Altura de la Torre medida por encima del nivel del agua de Pozo en pie.

Gw = Agua de circulación en Lb/Hr ∆h = Cambio de Entalpía de aire que pasa por la Torre Ct = Coeficiente de funcionamiento ∆T = Cambio de temperatura del agua de circulación.

∆t = Cambio de temperatura del Bulbo Seco del aire. En la ecuación II tenemos: ∆t : TBS2 = 100 ºF TBS1 = 70 ºF

∆t = 30 ºF

∆h : h2 = 69.45 BTU/Lb h1 = 32.40 BTU/Lb

∆h = 37.05 BTU/Lb

∆T : TA = 110 ºF TB = 91 ºF

∆T = 19 ºF

Gw = 40107863.52 Kg/Hr

Gw = 88422697.38 Lb/Hr

Gw = 90.59 x 37.05 √30 +0.3124 x 37.05 Dt 19

Dt = 77631.11

Se Considera: Ct = 5 H = 1.5D

De la Ecuación (I) :

A = π D 2 = Dt x Ct√Ct

4 π √1.5

D2.5 = 4Dt x Ct x √Ct D2.5 = 4 x 77631.11 x 5 √5

π √1.5 π √1.5

D = 241.069 pies

Pero H = 1.5D H = 1.5 x 241.069

H = 361.6041 pies

H = 361.6041 pies D = 241.069 pies