TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTROMECÁNICA
Ingeniería en Mantenimiento Industrial
Sistemas de Vapor
Ta rea 2: Sele cción de una caldera
Alberto Garro Zavaleta
Alejandro Rojas Segura
201129794
I Semestre 2021
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Selección de caldera, Ejercicios de Mecánica de Fluidos
Se describe de manera básica y preliminar la selección de una caldera.
Tipo: Ejercicios
2020/2021
1 / 13
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TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTROMECÁNICA
Ingeniería en Mantenimiento Industrial
Sistemas de Vapor
Tarea 2: Selección de una caldera
Alberto Garro Zavaleta
Alejandro Rojas Segura
I Semestre 2021
Ejercicios: 1) Para el siguiente sistema de distribución de vapor de una industria donde la presión atmosférica es de 0,9 bar: Calcular: a) El consumo actual de sistema. b) Caudal de Diseño, tomando en cuenta un factor de ampliación de un 5%* y el factor por radiación de la tubería y de la caldera. c) Potencia de la caldera a instalar. d) Seleccione preliminarmente una Caldera Pirotubular. e) La presión manométrica a la que trabajará la caldera. Supóngase que se retorna condensado @60 ° C. Supóngase que preliminarmente la longitud recta equivalente es de 100m. *La ampliación será efectiva en pocos meses.
En el caso de la Compañía en cuestión que cuenta actualmente con 25 equipos que utilizan vapor, se realizó un estudio del uso de ellos para conocer la probabilidad de uso simultáneo de vapor en los diversos equipos del sistema y calcular la capacidad de la caldera, en función de la utilización paralela de los equipos. Esto, con el fin de no sobredimensionar esta Caldera para cubrir la demanda de todos los equipos trabajando al mismo tiempo, pues está situación tiene bajísima probabilidad de ocurrencia. El factor de simultaneidad global es de 82% Esto es resultado de un análisis exhaustivo del proceso productivo
R 1 /
a) Se nos da un caudal total de 2250 kg/h y se nos dice que el factor de simultaneidad es de 82%, entonces: 𝑄!"# = 2250 𝑥 82% = 1845
b) Se calcula el caudal de diseño: Distancia máxima entre la caldera y el último equipo = 100 m 𝑄!"#$ñ! = 𝑄!"#( 1 + 𝑓! + 𝑓!"# + 𝑓!"#°) 𝑓! = 5 % 𝑓!"# =
𝑄!"#$ñ! = 1845 𝑥 1 + 0 , 05 + 0 , 0333 + 0 , 02 = 2035 , 5885
e) Presión manométrica de trabajo: 𝑃!"#$. = 𝑃!"#.!"#. 𝑥 1 + 0 , 03 = 7 , 45 𝑥 1 + 0 , 03 = 7 , 6735 𝑏𝑎𝑟 ∆𝑃!"# = 2 𝑏𝑎𝑟 𝑃!"#$.! = 7 , 6735 + 2 = 9 , 6735 𝑏𝑎𝑟 ~ 9 , 7 𝑏𝑎𝑟
d) Se selecciona preliminarmente una caldera pirotubular: Se seleciona la caldera pirotubular Cleaver Brooks modelo CB-OS 150S En resumen: a) Consumo actual del sistema: 1845 !" !
b) Caudal de diseño: 2035 , 5885 !" ! c) Potencia de la caldera a instalar: 146 BHP d) Se seleciona la caldera pirotubular Cleaver Brooks modelo CB-OS 150 S e) Presión de trabajo de la caldera: 9 , 7 𝑏𝑎𝑟
- Para el siguiente sistema de distribución de vapor de una industria ubicada en Cartago donde la presión atmosférica es de 0,86 bar: Calcular: a. El consumo actual de sistema. b. Caudal de Diseño tomando en cuenta un factor de ampliación de un 20 % y el factor por radiación. c. ESTIME Potencia de la caldera a instalar. d. SELECCIONE una Caldera Pirotubular. e. La presión a la que trabajará la caldera. 1 8,^ 10,^ 7,^ 8,5 5 1, 2 3 3, 25 1, 1, 1,5 1, 3 1, 1, 1, 1, Equipo 4 Equipo 3 Equipo 2 Equipo 1 Trampa Trampa Caldera A B C D E 20
Presión de trabajo: Según tablas de vapor a 125 °C es de aproximadamente 233 kPa. 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑀𝑎𝑛𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 2 , 33 − 0 , 86 𝑏𝑎𝑟 = 1 , 47 𝑏𝑎𝑟 Por conveniencia se establece la presión de 1,5 bar. ℎ!" = 2226 𝑘𝐽/𝑘𝑔
∆𝑇 = 75 °C − 20 °C = 55 °C
𝑘𝑔 °C
𝑥 55 °C = 661262 , 0256
kJ h 𝑚!"#$% =
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 1587 , 06
b) Caudal de diseño: Distancia máxima entre la caldera y el último equipo = 98,75 m 𝑄!"#$ñ! = 𝑄!"#( 1 + 𝑓! + 𝑓!"# + 𝑓!"#°) 𝑓! = 20% 𝑓!"# =
𝑄!"#$ñ! = 1587 , 06 𝑥 1 + 0 , 2 + 0 , 0329 + 0 , 02 = 1988 , 4275
d) Se selecciona preliminarmente una caldera pirotubular: Se seleciona la caldera pirotubular Cleaver Brooks modelo CB-OS 150S En resumen: f) Consumo actual del sistema: 1587 , 06 !" !
g) Caudal de diseño: 1988 , 4275 !" ! h) Potencia de la caldera a instalar: 141 BHP i) Se seleciona la caldera pirotubular Cleaver Brooks modelo CB-OS 150 S j) Presión de trabajo de la caldera: 5 𝑏𝑎𝑟