informe de tuman

8/10/2019 Informe de Tuman

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UNIVERSIDAD CATÓLICA “SANTO TORIBIO DE

MOGROVEJO”

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA EN LA CALDERANÚMERO 6 DE LA AGROENDUSTRIA AZUCARERA

TUMÁN PARA GENERACIÓN DE ENERGIA”



ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA USAT

CICLO 2014 - I TERMODINAMICA II 2

UNIVERSIDAD CATÓLICA “SANTO TORIBIO DE

MOGROVEJO”

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA EN LA CALDERANÚMERO 6 DE LA AGROENDUSTRIA AZUCARERA

TUMÁN PARA GENERACIÓN DE ENERGIA”

INTEGRANTES:

Bruno Manuel González Martínez

Nardin Celada BustamanteCarlos Javier Zeña Cajo

Edson Arnold Cordova Saavedra





INTRODUCCION:

En la actualidad la necesidad de energía va en aumento en un futuro su consumo se incrementara. Los

ingenieros con el fin de suplementar el consumo de combustibles fósiles y además de ampliar la visión de

combustibles, se sumerge en la búsqueda de combustibles bioenergéticas. Con fin de impulsar la

implementación de estos, la “AGROINDUSTRIA AZUCARERA TUMAN S.A.” Cuenta con calderas de quemade bagazo de caña de azúcar.

El bagazo como combustible en la planta “AGROINDUSTRIA AZUCARERA TUMAN S.A.” genera parte de la

energía necesaria para la producción de azúcar y de sus derivados, a través de calderas.

1. OBJETIVOS:

El presente trabajo tiene como objetivos:

Objetivos generales:

El cálculo de la eficiencia en las calderas de bagazo de la “AGROINDUSTRIA AZUCARERATUMAN S.A.”

Recolectar información acerca del combustible utilizado.

Objetivos específicos:

Lograr determinar los aspectos para el aumento de la eficiencia.

Comprender el funcionamiento de las calderas de bagazo en la “AGROINDUSTRIA

AZUCARERA TUMAN S.A.”.

2. DATOS:

Nombre de la empresa:

“EMPRESA AGROINDUSTRIAL TUMAN S.A.A

Dirección:

AV. AVENIDA EL TRABAJO #S/N- Tumán- Chiclayo

A. Dato de Calderas en la Empresa Azucarera Agroindustria Tumán S.A.:

Dentro del ingenio azucarero de la Empresa Azucarera Agroindustria Tumán S.A., cuenta con la instalación

de de 5 unidades de generación, las cuales son de marca Badcokc & Wilcox(caldera Nº 1,2 y 6)y de

combustión Enginnering ing (caldera Nº 5 y 4).

Estas calderas, generalmente utilizan bagazo de caña como combustible; sin embargo, están provistas para

utilizar como combustible complementario petróleo. A diferencia de la caldera Nº6 que está diseñada para

quemar petróleo y bagazo; esta quema petróleo bajo condiciones de parada de trapiche y al no contar con

Stock de bagazo.

A continuación anexamos las características técnicas de la caldera a utilizar como modelo de cálculo.

La capacidad instalada de generación de vapor y sus especificaciones son:

Caldero Nº 6 (ESTE SE TOMARÁ COMO MODELO PARA TODOS, ASUMIENDO QUE TIENEN ELMISMO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO).





o Año de operación : 1989o Superficie de calefacción : 2043.89 m2 o Combustible utilizado : bagazo/petróleoo Temperatura agua de alimentación : 98 ºCo

Condiciones del vapor - Trabajo : 21 Kg./ cm2/ 310 ºCo Condiciones del vapor - diseño : 35 Kg./ cm2/ 370 ºCo Capacidad de generación - trabajo : 70000 Kg / ho Presión de trabajo : 450 Psio Tº vapor sobrecalentado trabajo : 700 ºFo Nº de Domos : 2 superior

1 inferioro Válvulas de seguridad : 01 (en el sobrecalentado)

01 (en el domo superior)

01 (en el domo inferior)

05 (otras partes del caldero)

o Otras válvulas : válvulas de salida del vaporVálvulas de purga

o Tº de entrada del Petróleo : 120 ºCo Sopladores de hollíno Tiro Forzado

Motor: ASEA 3

Potencia : 200 HP 150 KW

Tensión : 2300 voltios

Intensidad : 51 AmperiosFrecuencia : 60 Hz

Velocidad : 890 RPM

o Tiro InducidoTurbina a vapor:

Potencia : 16 Kg / cm2 (238 a 240 Psia)

RPM : 2800

o Tiro secundarioTurbina a vapor

Potencia : 1600 HPRPM : 1760

Ventilador : 10 RPM

Eficiencia : a encontrar





B. Bagazo:

DI GR M DEL PROCESO DE L EL BOR CIÓN DEL

ZÚC R

PESADO DE CAÑA(balanza)

DESCARGADO DE CAÑA(Grúa hilo)

PREPARACIÓN Y LAVADO(Aire – Agua)

MOLIENDA DE CAÑA(Extracción de jugo)

BALANZA DE JUGO(Jugo Mezclado)

CALENTADORES DE JUGO(Encalado – Calentado)

CLARIFICADORES(Jugo Clarificado)

EVAPORADORES(Jarabe)

CRISTALIZACIÓN(Grano - Azúcar)

CRISTALIZADORES(Lanchas)

CENTRIFUGACIÓN(Azúcar – Miel)

ENVASADO – ALMACENAMIENTO(Azúcar)

Bagazo

PlantaEléctrica

Calderas

CenizaBagazo

StockBagazo

Tierra / Cogollo

Agua / Bactericida

Lechada de Cal

Filtración(Filtros Oliver)

TortaTierra / Bagacillo

Campo

Melaza

Alcohol





El bagazo es un material fibroso, heterogéneo en cuanto a su composición granulométrica y estructural, que

presenta relativamente baja densidad y un alto contenido de humedad, en las condiciones en que se obtiene

del proceso de molienda de la caña.

Bagazo de caña

2.1. Datos iniciales:

Todo combustible cuenta con elementos que forman su composición química que es base principal para los

cálculos, en este caso para el bagazo, su composición química es la siguiente:

ELMENTOS %

C 42.54

H 5.17

O 39.62

N 0.63

S 0.3

Tabla 1. Composición Química de Caña “Bagazo”





Gases de Combustión

Elemento %

Oxígeno 3.54

Monóxido de Carbono 0.0001838

Gases triatómicos 10.54

Nitrógeno 85.91Tabla 2. Gases de Combustión del Bagazo

W( Humedad del bagazo por unidad) 50 %

Para el cálculo de poderes caloríficos, tanto superior como inferior, es necesario aplicar las siguientes

fórmulas:

Los valores obtenidos son:

PODER CALORÍFICO SUPERIOR 3986KJ/Kg

PODER CALORÍFICO INFERIOR 3715KJ/Kg

Tabla 3. Poder Calorífico Superior e Inferior del Bagazo

2.2

Datos de la Caldera:El ingenio azucarero de la Empresa Agroindustrial Tumán S.A, cuenta con la caldera Nº 6 para la

generación de vapor, cuyas características técnicas se muestran en el cuadro.

Esta caldera, generalmente utilizan bagazo de caña como combustible; sin embargo, está provista

para utilizar como combustible complementario petróleo. La temperatura de los gases de

combustión es de 483.15K.

FLUJO DE COMBUSTIBLE BC 103.24 m3/s.

PRESION ATMOSFERICA P 101.325 KPaCONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES R 8.314KJ/Kmol-K

TEMPERATURA DE REFERNCIA T (K) 273.15

TEMPERATURA DE LOS GASES Tg.(K) 1835.58

TEMPERATURA DE AMBIENTE Tamb.(K) 294.16

Tabla 4.Datos de Caldera





2.3

Masas Moleculares

CO2 44

H2O 18

O2 32

N2 28

AIRE 28.97

2.4

Características del horno y cenizas

Características del horno y cenizas

Fracción de cenizasen el horno

a_res 0.897

Contenido de

carbono en cenizasdel horno

C_res 5.96 %

Fracción de cenizasvolantes

a_arr 0.103

Contenido decarbono en cenizasvolantes

C_arr 57.52 %

Temperaturapromedio deparedes

T_parede 317.46 K

Área total de

paredes de caldera

A_parede 76.3 m2

Temperatura de lascenizas

T_ceniz 923.16 K

Calor específico aP=cte. de las cenizas

Cp_ceniz 2.5 J/kg.K





3. CALCULO: Resultados Obtenidos para Caldera de Bagazo

3.1. Cálculo de Volumen Teórico (Vo) : La obtención de volumen teórico que ocupará la caldera,

será escrita por la siguiente fórmula:

Dónde:

C • Es el contenido de carbono en el combustible.%.

H • Es el contenido de hidrógeno en el

combustible. %.

S •

Es el contenido de azufre en el combustible. %.

O •

Es el contenido de oxígeno en el combustible.%.

3.2. Coeficiente de exceso de aire (a):

Si consideramos un exceso de aire de 110% tenemos:

3.3. Cálculo de Volumen Real del aire (Vr):

3.4. Determinación de los Volúmenes teóricos de los productos de la combustión

H2O





Dónde:

Vg Volumen total de los productos de combustión

Vgs Volumen de gases de combustión seco

VH20 Volumen de vapor de agua en los gases decombustión

Los resultados obtenidos son

:

Vgs 4.541 m3/kg

VH20 1.880 m3/kg

Vg= Vgs +VH2O = (4.541 + 1.88) m3/kg = 6.421 m3/kg

3.5. Volumen de los gases biatómicos

3.6. Volumen de los gases triatómicos

3.7. Volumen de oxígeno en los gases de combustión

3.8. Volumen de dióxido de carbono en los gases de combustión

3.9. Volumen de bióxido de azufre en los gases de combustión

3.10. Peso Molecular de los gases de combustión





Peso molecular de Gases triatómicos= CO2

El SO2 se despreciara por su poco volumen y por ende poca masa.

Mg= 14.9466kg

3.11. Calculo de las fracciones:

3.12. Calculo de los Gases de combustión

Donde:

ρ_g=Densidad de los gases de combustión

P_atm=Presión atmosféricaM=Peso molecular del combustible kg/kmolR_u=Constante universal de los gases 8314 J/ (kmol-k)T_g= Temperatura de los gases de combustion (483.15K)

3.13. Calor Específico de los gases de Combustión.

El calor específico de los gases de combustión se halla de acurdo con la siguiente ecuación algebraica:

Compuesto Volumen calculado delCompuesto (m3/kg)

Masa Molecular delCompuesto(kg)

Gases triatómicos (RO2) 0.797 44

Vapor de agua (H20) 1.88 18

Gases biatómicos (N2) 0.874 28

Oxígeno en gases (O2) 0.081 32

Compuesto FracciónCO2 0.1241

HO2 0.2927

N2 0.1361

O2 0.0126





Cp-g=19.3944 kJoule/(kg Kº)

3.14. Calor especifico molar de los gases de combustión.

Cpg=1.2975 kJoule/(kgmol Kº)

COMPUESTO A B x10^-2 C x10^-5 D x10^-9INTERVALO ERROR ERROR CP

KELVIN MAX PROM kJoule/(kg Kº)

Dióxido decarbono

22.26 5.981 -3.501 7.469 273-1800 0.67 0.22 43.838

Vapor deagua

32.24 0.1923 1.055 -3.595 273-1800 0.53 0.24 33.174

Nitrógeno 28.9 -0,1571 0.8081 -2.873 273-1800 0.59 0.34 28.145

Oxígeno 25.48 1.520 -0,7155 1.312 273-1800 1.19 0.28 32.820





3.15 Determinación de las Pérdidas de un Generador de Vapor.

3.15.1 Calculo de Perdida por Gases de combustión.Es la mayor de las pérdidas que ocurren en el generador. Los gases al salir de la caldera arrastran consigouna determinada cantidad de calor sensible hacia la atmosfera.

Para finalmente obtener un valor de Q2=1.9481%3.15.2 Calculo de las Perdidas por combustión Química.

Para finalmente obtener un valor de Q3=2.6245 %

3.15.3 Calculo de las Perdidas por combustión mecánicamente incompleta

Debido a que asumiremos los valores de porciones de cenizas contenidas en la escoria, caídas através de la parrilla y arrastradas, respecto de toda la cantidad de cenizas introducidas en el hogar delcombustible. Asumiremos también el contenido de los elementos de combustibles en la escoria.

Para finalmente obtener un valor de: Q4 = 5%

3.15.2 Calculo de las Perdidas por radiación y conducción





Los datos obtenidos, el combustible tiene un flujo = 33696 kg/h =

Finalmente obtener un valor de: Q5 = 0.00489 %

3.15.2 Calculo de las Perdidas por cenizas

Necesitamos algunos valores previos para calcular, el cálculo de pérdidas por cenizas. Debido a que no segeneran muchas pérdidas por cenizas asumiremos un 1%

Q6 = 1 %

Finalmente la efician de la caldera podemos obtenerla de la siguiente fórmula ya mencionada :

89.39454% CUANDO EL COEFICIENTE DE EXCESO

DE AIRE ES 110%





CALCULO VARIANDO EL EXCESO DE AIRE

COEFIFICIENTE DE EXCESO DE AIRE = 120%

Calculo de los gases de combustión

ᵨg 0.000358338Calor especifico de los gases de combustión

cp-g 18.33364593

Calor especifico molar de los gases de combustión

cpg 1.290565751

Calculo de pérdidas por gases de combustión

Q2 0.137681617

Calculo de pérdidas por combustión química

Q3 2.651806206

Calculo de pérdidas por combustión mecánicamente incompleta

Q4 5

Calculo de pérdidas por radiación y conducción

Q5 0.00489

Calculo de pérdidas por cenizas

Q6 1

EFICIENCIA DE LA CALDERA

N caldera 91.20562218



ᵨg 0.000343156

Calor especifico de los gases de combustión

cp-g 17.46850796


cpg 1.2840707


Q2 0.144949573Calculo de pérdidas por combustión química

Q3 2.651806206


Q4 5


Q5 0.00489


Q6 1


N caldera 91.19835422







ᵨg 0.000330607Calor especifico de los gases de combustión

cp-g 16.75343289


cpg 1.278251944


Q2 0.152217529


Q3 2.651806206


Q4 5


Q5 0.00489


Q6 1


N caldera 91.19108627


Calculo de los gases de combustiónᵨg 0.000320061

Calor especifico de los gases de combustión

cp-g 16.15249283


cpg 1.273009081


Q2 0.159485484


Q3 2.651806206


Q4 5


Q5 0.00489


Q6 1


N caldera 91.18381831





Una vez realizado el presente informe, concluimos lo siguiente:

La eficiencia va disminuyendo a medida que controlamos el exceso

de aire

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