Aprobamiento térmico de la radiación solar: Combustión y calderas - Prof. 3719, Apuntes de Idiomas

¡Descarga Aprobamiento térmico de la radiación solar: Combustión y calderas - Prof. 3719 y más Apuntes en PDF de Idiomas solo en Docsity!

Generació Tèrmica.

Generadors de vapor i calderes

Enginyeria Tèrmica

Tema 1.

Joan Grau – Alfredo Guardo

ETM

INDEX

1. Classificació i propietats dels combustibles2. Balanç de massa i d'energia3. Generadors de vapor i calderes4. Aprofitament tèrmic de la radiació solar

ETM

1. Classificació i propietats dels combustibles



Classificació dels combustibles.

Combustibles sòlids. Ex: carbó, biomassa ...

Combustibles líquids. Ex: petroli i derivats.

Combustibles gasosos. Ex: hidrocarburs C

m

H

n



Propietats

Composició. Important de cara als residus que esgeneraran.

Ex: presència se sofre ‐> SO

2

Ex: si es generen cendres

Energia emmagatzemada, poder calorífic



Poder calorífic inferior, PCI



Poder calorífic superior, PCS

ETM

1. Classificació i propietats dels combustibles

Poders calorífics Condicions normals:pressió de 1 atm = 101337,3 Patemperatura 0

°

C

ETM

MetàEtàPropàIsobutàPentà

Exemples de PCI(valors aproximats) 

Fusta 

Humida 14000 kJ/kg



Seca 19000 kJ/kg



Carbó 

De 21000 kJ/kg a 34000 kJ/kg



Gasoil 

Al voltant de 42200 kJ/kg



Gasolina 

Al voltant de 44000 kJ/kg

1. Classificació i propietats dels combustibles

Límits d'inflamabilitatLímits inferior

i

superior

de la

proporció (%) de gas a l’aire, quepermeten la seva combustió

ETM

1. Classificació i propietats dels combustibles Temperatura d'inflamació i de combustió

ETM

ETM

Dades útils per analitzar la combustió



Massa atòmica o molecular

M

C

= 12 kg/kmol, M

H

= 2 kg/kmol, M

N

= 28 kg/kmol,

M

O

= 32 kg/kmol, M

H2O

= 18 kg/kmol, M

CO

= 44 kg/kmol



Composició de l'aire:

4,762 kmol aire = 1 kmol O

2

• 3,762 kmol N

2

4,292 kg d'aire = 1 kg O

2

• 3,292 kg N

2

1. Classificació i propietats dels combustibles

1 kg H

reacciona amb 8 kg O

1 kg H

dóna 9 kg H

O

1 kg C dóna 3,667 kg CO

1. Classificació i propietats dels combustibles Combustió del carbó Quantitat de CO

generat

C + O

= CO

1 kmol C + 1 kmol O

= 1 kmol CO

12 kg

C

• 32 kg

O

= 44 kg

CO

1 kg

C

• 32/12 kg

O

= 44/12 kg

CO

1 kg

C

• 2,667 kg

O

= 3,667 kg

CO

Contingut dels Fums

C + (O

• 3,762 N

) = CO

• 3,762 N

1 kmol C + 1 kmol O

• 3,762 kmol N

=

1 kmol CO

• 3,762 kmol N

= 4,762 kmol fums

12 kg

C

• 32 kg

O

• 105,336 kg

N

=

44 kg

CO

• 105,336 kg

N

= 149,336 kg

fums

ETM

Paràmetres estequiomètrics de lacombustió del

carbó

ROC = 32 kg

O

/12 kg

C

= 2,66 kg

O

/kg

C

RAC = (32 kg

O

*4,29 kg

aire

/kg

O

)/12 kg

C

= 11,44 kg

aire

/kg

C

RFC = 149,336 kg

fums

/12 kg

C

= 12,4 kg

fums

/kg

C

2. Equació de continuïtat, balanç de masses

Anàlisi integral del sistema: volum de control (

VC

) i superfície de control (

SC

)

En l'interior d'un sistema no es creani es destrueix matèria.(Exceptuant reaccions nuclears:fissió i fusió)

Equació de continuïtat:

݀݀ ݐ

׬௏஼

׬ ൅ ܸ݀ρ

ܣ݀Ԧ ܿρ

ൌ 0

Acumulació

Flux net

Generació

ETM

2. Equació de continuïtat, balanç de masses

׬ௌ஼

ܣ݀Ԧ ܿρ

ൌ 0



Simplificacions de l’equació de continuïtat^ 

Estacionari:

Unidimensional, amb un nombre definit d'entrades i sortides(

k

entrades,

n

sortides)

∑

െ ∑

ൌ 0

Sistema

݉

...

݉

...

ETM

3. Calderes i generadors de vapor 

Equips per escalfar aigua:

Caldera: obtenció d'aigua calenta

Generador de vapor: obtenció de vapor



Esquema del sistema.

Balanç de masses

݉

݉൅

݉െ

݉൅

݉൅

ൌ 0

ETM

Generador

de vapor

݉

Combustible

Aire Aigua

Gasoscombustió(fums)

Vapord’aigua

3. Calderes i generadors de vapor 

Balanç d'energia

(sense aportació de calor, ni treball mecànic:

ܳ

ሶ =0,

N

=0)



No tenim en compte els termes d'energia cinètica i potencial

Generador

de vapor

݉

݄,

݉ܫܥ ܲ,

݄,

݄,

݄,

݄,^

۾

݉˙

݄൉

݉൅

݄൉

݉െ

݉൅ ܫܥ ܲ൉

݄൉

݉൅

݄൉

ܲ∣ ൅

∣ ൌ 0

ETM

3. Calderes i generadors de vaporRendiment del sistema

Forma alternativa

Balanç d'energia

Reescrivim

L'expressió del rendiment passa a ser

Si es deixen de banda les aportacions energètiques de l'aigua i l'aire, definint

G

com la

RFC

,

utilitzant el

calor específic mig,

c

pg

,

per avaluar la temperatura dels

fums i introduint la

fracció de pèrdues,

p

, obtenim: f

݉ൌ η

݉൅ ܫܥ ܲ൉

݄൉

ܲ∣ െ

݉െ ∣

݄൉

݉൅ ܫܥ ܲ൉

݄൉

݉൅

݄൉

݄൉

݉൅

݄൉

݉െ

݉൅ ܫܥ ܲ൉

݄൉

݉൅

݄൉

ܲ∣ ൅

∣ ൌ 0݉

݄൉

݉െ

݄൉

݉ൌ

݉൅ ܫܥ ܲ൉

݄൉

ܲ∣ െ

݉െ ∣

݄൉

η ൌ 1 െ ݂݌

ܿܩ െ

ܶ൉

ܶെ

ܫܥ

ETM



Fracció de pèrdues

f

c

P

p

m PCI







3. Calderes i generadors de vapor Optimització, preescalfament de l'aigua d'alimentació 

Situació inicial

(perdem la calor dels fums)

Rendiment i consum de combustible

ETM