Estudio de la mejora de la eficiencia de una caldera pirotubular mediante el precalentamiento del aire de alimentación

El siguiente proyecto de grado está encaminado a verificar la mejora en la eficiencia de una caldera pirotubular en las instalaciones de laboratorios de práctica de la facultad de Ingenierías Físico – Mecánicas UNAB. Dado que este laboratorio se presta para continuos cambios acorde a los avances en...

Full description

Autores:
López Gómez, Deiner Francisco
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2010
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1413
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/1413
Palabra clave:
Power engineering
Heat transmission
Steam boilers
Fuels
Research
Combustion process
Steam generation
Thermodynamic
Mass balance
Combustion gases
Ingeniería de energía
Transmisión de calor
Calderas de vapor
Combustibles
Investigaciones
Proceso de combustión
Generación de vapor
Termodinámica
Balance de masa
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description El siguiente proyecto de grado está encaminado a verificar la mejora en la eficiencia de una caldera pirotubular en las instalaciones de laboratorios de práctica de la facultad de Ingenierías Físico – Mecánicas UNAB. Dado que este laboratorio se presta para continuos cambios acorde a los avances en el campo energético, es aprovechada la oportunidad para modificar parte de la caldera, más específicamente la sección de salida de los gases de chimenea y aumentar la eficiencia térmica, utilizando la energía residual en los gases producto de la combustión para precalentar el aire que ingresa a la caldera en el proceso de combustión. Para lograr este proyecto se aplicó una metodología de trabajo que incluyó la investigación teórica, identificación del sistema actual en planta piloto, proceso de diseño y construcción del intercambiador simple gas aire, pruebas del sistema construido, y la obtención de una herramienta pedagógica para la verificación de una alternativa URE en los sistemas de generación de vapor. Una vez concluido el proyecto los estudiantes de la facultad pueden acceder a la utilización del dispositivo, para hacer pruebas de consumo, rendimiento y funcionamiento del intercambiador, beneficiando la facultad para interactuar con nuevos campos de investigación e incentivar al estudiante a proponer mejoras o futuros proyectos en este campo. El alcance del proyecto es dar a los estudiantes del programa de Ingeniería en Energía una herramienta de pruebas e investigación para poner en práctica conocimientos de transferencia de calor, termodinámica, balance de masa y energía entre otras.
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Para lograr este proyecto se aplicó una metodología de trabajo que incluyó la investigación teórica, identificación del sistema actual en planta piloto, proceso de diseño y construcción del intercambiador simple gas aire, pruebas del sistema construido, y la obtención de una herramienta pedagógica para la verificación de una alternativa URE en los sistemas de generación de vapor. Una vez concluido el proyecto los estudiantes de la facultad pueden acceder a la utilización del dispositivo, para hacer pruebas de consumo, rendimiento y funcionamiento del intercambiador, beneficiando la facultad para interactuar con nuevos campos de investigación e incentivar al estudiante a proponer mejoras o futuros proyectos en este campo. El alcance del proyecto es dar a los estudiantes del programa de Ingeniería en Energía una herramienta de pruebas e investigación para poner en práctica conocimientos de transferencia de calor, termodinámica, balance de masa y energía entre otras.1. INTRODUCCIÓN 11 2. JUSTIFICACIÓN 12 3. ANTECEDENTES 14 4. OBJETIVOS 15 4.1 OBJETIVO GENERAL 15 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 15 5. MARCO TEÓRICO 16 5.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 16 5.2 FUNDAMENTOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR 17 5.3 TRANSFERENCIA DE CALOR EN CILINDROS 20 5.4 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA 20 5.5 GENERADOR DE VAPOR 21 5.6 CALDERAS 22 5.6.1 Clasificación de las calderas 23 5.7 COMBUSTIÓN EN CALDERAS 26 5.7.1 Estequiometria de la combustión 27 5.7.2 Balance de masa y energía 28 5.7.3 Efecto del aire en el proceso de combustión 29 5.8 SISTEMAS DE PRECALENTADORES DE AIRE 31 5.8.1 Tipos de precalentadores de aire 31 6. CARACTERIZACIÓN DE EQUIPOS 33 6.1 PROPUESTA 33 7. DISEÑO DEL SISTEMA 33 7.1 Cálculo Volumen de agua consumida. 33 7.2 Calculo del rendimiento de la caldera y consumo de combustible al 50%. 34 7.3 Estimación del combustible ahorrado con una mejora proyectada del 2% en la eficiencia de la caldera. 36 7.4 Estimación Cp gases de chimenea de acuerdo a su Composición porcentual. 37 7.5 Cálculos de transferencia de calor en la sección propuesta para rediseñar. 37 8. DIMENSIONAMIENTO PRELIMINAR 44 9. METODOLOGÍA 45 9.1 APLICACIÓN TÉCNICA 45 9.2 MÉTODO DE ESTUDIO 45 9.3 POBLACIÓN 45 9.4 FUENTES TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 46 9.4.1 Fuentes primarias 46 9.4.2 Fuentes secundarias 46 10. DISEÑO METODOLÓGICO 46 11. CONCEPTOS 48 12. PRUEBAS Y RESULTADOS 48 12.1 Prueba de color de llama 49 12.2 Pruebas del intercambiador 51 12.3 Aplicación en la industria costo/beneficio. 57 13. OBSERAVCIONES Y RECOMENDACIONES 59 14. CONCLUSIONES 60 BIBLIOGRAFÍA 61 ANEXOS 62PregradoThe following degree project is aimed at verifying the improvement in the efficiency of a fire tube boiler in the practice laboratory facilities of the Faculty of Physical-Mechanical Engineering UNAB. Given that this laboratory lends itself to continuous changes according to advances in the energy field, the opportunity is taken to modify part of the boiler, more specifically the flue gas outlet section and increase thermal efficiency, using residual energy. in the gases produced by combustion to preheat the air that enters the boiler in the combustion process. To achieve this project, a work methodology was applied that included theoretical research, identification of the current system in the pilot plant, design and construction process of the simple gas-air exchanger, tests of the built system, and obtaining a pedagogical tool for verification. of an alternative ERU in steam generation systems. Once the project is completed, the students of the faculty can access the use of the device, to test the consumption, performance and operation of the exchanger, benefiting the faculty to interact with new fields of research and encourage the student to propose improvements or future projects. in this field. The scope of the project is to give students of the Energy Engineering program a testing and research tool to put into practice knowledge of heat transfer, thermodynamics, mass and energy balance, among others.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaEstudio de la mejora de la eficiencia de una caldera pirotubular mediante el precalentamiento del aire de alimentaciónStudy of the improvement of the efficiency of a fire tube boiler by preheating the supply airIngeniero en EnergíaBucaramanga (Colombia)Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPPower engineeringHeat transmissionSteam boilersFuelsResearchCombustion processSteam generationThermodynamicMass balanceCombustion gasesIngeniería de energíaTransmisión de calorCalderas de vaporCombustiblesInvestigacionesProceso de combustiónGeneración de vaporTermodinámicaBalance de masaGases de combustiónLópez Gómez, Deiner Francisco, Paba, Julio (2010). Estudio de la mejora de la eficiencia de una caldera pirotubular mediante el precalentamiento del aire de alimentación. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB[1]. The natural gas Boiler burner consortium, solutions for efficiency, emissions and cost controls [Consultado 14 septiembre de 2007]. Disponible en internet: http://www.energysolutionscenter.org/boilerburner/Eff_Improve/Efficiency/Combustion_Air_Pre-Heater.asp[2]. Estudio realizado en ALSTOM Power Inc. Air Preheater Company Wellsville, New York http://www.energysolutionscenter.org/boilerburner/Eff_Improve/Efficiency/Combustion_Air_Pre-Heater.asp[3]. Consejería de educación y ciencia del gobierno del principado de Asturias [en línea]. España. [Consultado 3 mayo de 2009. 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