Balance Termico

BALANCE TÉRMICO DE LOS GENERADORES DE VAPOR

La distribución del calor resultante de la combustión del combustible en el hogar de una caldera se comprende mejor por medio del balance térmico, el cual consiste en confeccionar una tabla con el calor absorbido por el generador de vapor y con las varias perdidas caloríficas concurrentes en la combustión. Generalmente los cálculos se expresan en Kcal por kg de combustible y en porcentajes; por consiguiente los totales tendrán que ser la potencia calorífica superior del combustible quemado y 100, respectivamente. Los conceptos que hay que considerar son los siguientes:

Calor absorbido por el generador de vapor. E1 calor absorbido por el generador de vapor (incluyendo el economizador y recalentadores, caso de utilizarlos) puede calcularse por la fórmula:

H_1=m_s/m_f (h-h_f )

H_1=(% q_caldera )(F)

En donde H1 = Kcal absorbidas por el agua y vapor por kilogramo de combustible, tal como se quema.

m_s= Peso del vapor producido por la caldera (o bien recalentado), en kg por hora.

m_f= Peso de combustible quemado, en kg.

h= Entalpia de 1 kg de vapor a la presión y título o temperatura observados, en Kcal por kg.

h_f= Entalpía del líquido de 1 kg de agua de alimentación en las condiciones en que dicha agua llega a la caldera (o economizador), en Kcal por kg.

Pérdidas caloríficas debidas a la humedad del combustible. La humedad del combustible se vaporiza y abandona la caldera en forma de vapor recalentado. La presión absoluta parcial del vapor recalentado en los gases de los humerales se supone que vale 0,07 kg/cm2. Su temperatura es la de dichos gases

H_2=m_m (h´´-h_f^´ )

En donde

H2 = Perdidas caloríficas en Kcal por kilogramo de combustible tal como se quema.

mm = Peso de la humedad libre, en kilogramos por kilogramo de combustible tal como se quema.

h´´ = Entalpía de1 vapor recalentado a la temperatura de los gases de los humerales y a una presión absoluta de 0,07 kg/cm2, en Kcal por kg.

h_f^´ = Entalpía del líquido a la temperatura a la cual el combustible entra en el hogar, Kcal por kg.

Pérdidas caloríficas debidas al agua procedente de la combustión del hidrógeno. El hidrógeno del combustible al quemarse se transforma en agua, la cual abandona la caldera en forma de vapor, recalentado

H_3=9H_y (h´´-h_f^´ )

En donde

H3 = Perdidas caloríficas en Kcal por kilogramo de combustible tal como se quema.

Hy = Peso del hidrogeno, en kilogramos por kilogramo de combustible tal como se quema.

Pérdidas caloríficas debidas a la humedad del aire suministrado. Estas pérdidas caloríficas son pequeñas y pueden calcularse mediante la formula

H_4=m_v (0.46)(t_g-t_a )

En donde:

H4 = perdidas caloríficas en Kcal por kilogramo de combustible tal como se quema.

m_v = Porcentaje de saturación expresado en forma decimal multiplicado por el peso de vapor de agua requerido para saturar 1 kg de aire seco (tabla XVIII, apéndice) a t_a, multiplicado por el peso de aire seco empleado por kilogramo de combustible, tal como se quema.

0.46 = Calor específico medio del vapor de agua desde t_g a t_a

t_g= Temperatura de los gases de la combusti6n a la salida de la caldera, en °C

t_a= Temperatura del aire al entrar en el hogar, en °C

Pérdidas caloríficas debidas a los gases de la chimenea secos. Esta pérdida es generalmente la más importante y se calcula por la siguiente fórmula:

H_5=m_dg C_p (t_g-t_a )

En donde:

H5 = Pérdidas caloríficas en Kcal por kilogramo de combustible tal como se quema.

m_dg = Porcentaje peso de los gases secos a la salida de la caldera, en kilogramos, por kilogramo de combustible tal como se quema.

C_p = Calor específico medio de los gases secos (valor aproximado = 0.24)

m_dg=[(4〖CO〗_2+O_2+700)/3(〖CO〗_2+CO) ][(m_f C_f-m_r m_r)/(m_(f ) X100)]

m_dg=[(4〖CO〗_2+O_2+700)/3(〖CO〗_2+CO) ] C_1

Donde:

〖CO〗_2;CO y O_2= Volumen de gases quemados de la chimenea en %.

C_1 = Peso del carbono realmente quemado por kilogramo de combustible.

Pérdidas caloríficas debidas al combustible gaseoso sin quemar. Esta pérdida generalmente es pequeña y es debida a que el aire se suministra en cantidad insuficiente. lo cual da como resultado que parte del carbono del combustible forme óxido de carbono:

H_6=CO/(〖CO〗_2+CO) (5689.6)(C_1 )

En donde:

H6 = Pérdidas caloríficas en Kcal por kilogramo de combustible tal como se quema.

〖CO〗_2 y CO = Porcentajes en volumen determinados por análisis de los gases de los humerales

C_1 = Peso del carbono realmente quemado por kilogramo de combustible.

C_1=(m_f C_f-m_r C_r)/(m_(f ) X 100)

Donde:

C_1= Carbono quemado por kilogramo de combustible, en kg.

m_f= Peso de combustible quemado, en kg.

C_f= Carbono del combustible según el análisis elemental, en %.

m_r= Peso del residuo procedente de mf kilogramos de combustible, en kg.

C_r= Carbono contenido en el residuo, en %.

Pérdidas caloríficas debidas al combustible sin consumir contenido en las cenizas y escorias. Parte del carbono del combustible, ya sea sin quemar o parcialmente quemado, cae en el cenicero. Esta pérdida depende del tipo de parrilla, velocidad de combustión

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