Estudio numérico de una caldera acuotubular de una planta de cogeneración de la industria azucarera

Actualmente la caldera es uno de los dispositivos más importantes y utilizados en la industria debido a que el vapor que produce este, puede ser utilizado para muchos procesos de producción en plantas o unidades de generación. Según estudios desarrollados, las calderas hacen parte de los principales...

Full description

Autores:
Madero Luquerna, Indira Carolina
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2017
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1471
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/1471
Palabra clave:
Energy engineering
Steam boilers
Investigations
Analysis
Production costs
Pollutant products
Fuels
Ingeniería en energía
Calderas de vapor
Investigaciones
Análisis
Costos de producción
Productos contaminantes
Combustibles
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openAccess
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description Actualmente la caldera es uno de los dispositivos más importantes y utilizados en la industria debido a que el vapor que produce este, puede ser utilizado para muchos procesos de producción en plantas o unidades de generación. Según estudios desarrollados, las calderas hacen parte de los principales equipos contaminantes del ambiente, debido a la implementación de combustibles fósiles, los cuales emiten material particulado al ambiente. Una caldera es un dispositivo utilizados para la producción de vapor mediante la aplicación de energía térmica para el agua. En la caldera, el fluido que está en estado líquido, aumenta su temperatura cambiando su fase a vapor saturado. El análisis energético es una herramienta que tiene como objetivo determinar el lugar donde se está desperdiciando la energía y cuáles serían las inversiones que permitan un uso racional de esta, un análisis energético determina las áreas con mayor uso de energía. Hoy día, uno de los principales desafíos que afronta la industria son los temas económicos y ambientales estando estos ligados al aumento del calentamiento global. Para las industrias es importante implementar estrategias que aumenten la sostenibilidad, demostrando la importancia de utilizar de forma eficiente los recursos energéticos: gas natural, petróleo, carbón, bagazo, entre otros. Para determinar la eficacia y eficiencia de cada sistema es necesaria la aplicación de la primera y segunda ley de la termodinámica. La energía no puede ser destruida, ya que se conserva en cada uno de los procesos. Para este proyecto se realizó análisis energético, ambiental y económico de una caldera bagacera de un ingenio azucarero de la región del Valle del Cauca (Colombia), La caldera empleada en la planta de cogeneración tiene una capacidad de producción de 400.000 lb/h (181 Ton/h) de vapor sobrecalentado a 950 Psig y 955 °F. Esta caldera está diseñada para quemar bagazo, carbón o una mezcla de estos dos combustibles en las proporciones que la operación normal lo permita.
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Según estudios desarrollados, las calderas hacen parte de los principales equipos contaminantes del ambiente, debido a la implementación de combustibles fósiles, los cuales emiten material particulado al ambiente. Una caldera es un dispositivo utilizados para la producción de vapor mediante la aplicación de energía térmica para el agua. En la caldera, el fluido que está en estado líquido, aumenta su temperatura cambiando su fase a vapor saturado. El análisis energético es una herramienta que tiene como objetivo determinar el lugar donde se está desperdiciando la energía y cuáles serían las inversiones que permitan un uso racional de esta, un análisis energético determina las áreas con mayor uso de energía. Hoy día, uno de los principales desafíos que afronta la industria son los temas económicos y ambientales estando estos ligados al aumento del calentamiento global. Para las industrias es importante implementar estrategias que aumenten la sostenibilidad, demostrando la importancia de utilizar de forma eficiente los recursos energéticos: gas natural, petróleo, carbón, bagazo, entre otros. Para determinar la eficacia y eficiencia de cada sistema es necesaria la aplicación de la primera y segunda ley de la termodinámica. La energía no puede ser destruida, ya que se conserva en cada uno de los procesos. Para este proyecto se realizó análisis energético, ambiental y económico de una caldera bagacera de un ingenio azucarero de la región del Valle del Cauca (Colombia), La caldera empleada en la planta de cogeneración tiene una capacidad de producción de 400.000 lb/h (181 Ton/h) de vapor sobrecalentado a 950 Psig y 955 °F. Esta caldera está diseñada para quemar bagazo, carbón o una mezcla de estos dos combustibles en las proporciones que la operación normal lo permita.INTRODUCCIÓN 11 1. OBJETIVOS 12 1.1 OBJETIVO GENERAL 12 1.2 OBJETIVO ESPECIFICO 12 2. JUSTIFICACIÓN 13 3. MARCO CONCEPTUAL 14 3.1 CALDERA ACUOTUBULAR 14 3.2 EQUIPO DE COMBUSTIBLE 15 3.3 COMBUSTIBLE 16 3.4 CARBÓN 16 3.5 BAGAZO 17 3.6 SOBRECALENTADOR 18 3.7 RECALENTADOR 19 3.8 EVAPORADOR 19 3.9 ECONOMIZADOR 19 3.10 CALENTADOR DE AIRE 20 3.11 BALANCE ENERGÉTICO 20 3.12 ANÁLISIS EXERGÉTICO 20 3.13 IRREVERSIBILIDADES 21 3.14 ESQUEMA DE UNA CALDERA ACUOTUBULAR 22 4. ESQUEMA GENERAL DE LA CALDERA BAGACERA. 24 4.1 ESQUEMA DE CÁLCULOS QUE SE REALIZO PARA EL PROYECTO 26 5. COMBUSTIÓN 27 5.1 COMBUSTIÓN ideal 27 5.2 RELACIÓN AIRE COMBUSTIBLE 29 5.3 PODER CALORÍFICO Inferior 30 5.4 COMBUSTION REAL 32 6. BALANCE ENERGÉTICO 34 6.1 SUBSISTEMA INTERCAMBIADOR DE CALOR: EVAPORADOR 34 6.2 SUBSISTEMAS SOBRECALENTADORES I Y II. 36 6.3 SUBSISTEMA CALENTADOR DE AIRE SOBREFUEGO. 39 6.4 SUBSISTEMA: CALENTADOR DE AIRE FORZADO 41 6.5 SUBSISTEMA ECONOMIZADOR. 42 6.6 SUBSISTEMA CÁMARA DE COMBUSTIÓN. 44 7. EFICIENCIA 47 8. ANÁLISIS EXEGÉTICO 49 8.1 EXERGÍA QUÍMICA 49 8.2 EXERGÍA DE PRODUCTOS 50 8.3 ENERGÍA FÍSICA 52 ENERGÍA DESTRUIDA 53 9. ANÁLISIS ECONÓMICO 55 9.1 PRECIO DEL CARBÓN 55 9.2 DEL BAGAZO 56 10. ANÁLISIS AMBIENTAL 59 BIBLIOGRAFIA 63 ANEXOS 65 ANEXO A. ANÁLISIS de COMBUSTIÓN dela caldera acuotubular 65 ANEXO B. balance energetico de la caldera acuotubular 68 ANEXO C. eficiencia dela caldera acuotubular 70 ANEXO D. balance exergetico de la caldera acuotubular 70PregradoCurrently the boiler is one of the most important and used devices in the industry because the steam that it produces can be used for many production processes in plants or generation units. According to studies carried out, boilers are part of the main polluting equipment in the environment, due to the implementation of fossil fuels, which emit particulate matter into the environment. A boiler is a device used for the production of steam by applying thermal energy to the water. In the boiler, the fluid that is in a liquid state increases its temperature, changing its phase to saturated steam. The energy analysis is a tool that aims to determine the place where energy is being wasted and what would be the investments that allow a rational use of this, an energy analysis determines the areas with the highest energy use. Today, one of the main challenges facing the industry are economic and environmental issues, these being linked to the increase in global warming. It is important for industries to implement strategies that increase sustainability, demonstrating the importance of efficiently using energy resources: natural gas, oil, coal, bagasse, among others. To determine the effectiveness and efficiency of each system, it is necessary to apply the first and second laws of thermodynamics. Energy cannot be destroyed, since it is conserved in each of the processes. For this project, an energy, environmental and economic analysis was carried out of a bagasse boiler of a sugar mill in the Valle del Cauca region (Colombia). The boiler used in the cogeneration plant has a production capacity of 400,000 lb / h (181 Ton / hr) of steam superheated to 950 Psig and 955 ° F. This boiler is designed to burn bagasse, coal or a mixture of these two fuels in the proportions that normal operation allows.Modalidad Presencialapplication/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 numérico de una caldera acuotubular de una planta de cogeneración de la industria azucareraNumerical study of a water tube boiler of a cogeneration plant of the sugar industryIngeniero en EnergíaBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad 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/TPEnergy engineeringSteam boilersInvestigationsAnalysisProduction costsPollutant productsFuelsIngeniería en energíaCalderas de vaporInvestigacionesAnálisisCostos de producciónProductos contaminantesCombustiblesMadero Luquerna, Indira Carolina (2017). Estudio numérico de una caldera acuotubular de una planta de cogeneración de la industria azucarera. Bucaramanga (Santander, Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABBabcock & Wilcox. Steam/its generation and use. New York: Babcock & Wilcox, 1978.Federico J. Franck Colombres. Rendimiento térmico de calderas bagaceras modernas en Tucumán, R. Argentina; Revista industrial y agrícola de Tucumán.Buelna Quijada, Genoveva. Propuesta de diseño y construcción de un sistema de lavado y purificado de gases de combustión, en planta piloto; método de absorción-adsorción. México: Universidad de sonora.Díaz T, Francisco; Garrido C. Norge. Bagazo de caña de azúcar: ¿energía o etanol carburante? Dos casos. Cuba, La Habana. ICIDCA.T.J.Kotas. The Exergy Method of thermal plant analysis. Exergon Publishing Company UK Ltd. London 2012.Ducarlo Leon Molina Lopez. Modelación matemática basada en análisis exergético de una caldera bagacera.Equipo formación Alcudia II. Calderas. Dirección Corporativa de RR.HH. Endesa generación.Grazzini; Lucia, U. Global analysis of dissipations due to irreversibility. 1997.TJ Kotas. Solid fuels. The exergy method of termal plant analysis.TJ Kotas. Solid fuels includes Wood. The exergy method of termal plant analysis.TJ Kotas. Phisical exergy. The exergy method of termal plant analysis.L.A.B. Cortez and E.O. Gómez. A method for exergy analysis of sugarcane bagasse boilersIndex Mundi. Carbón colombiano Precio Mensual - Peso colombiano por ToneladaJM Paturau. Alternative uses of sugarcane and its byproducts in agroindustriesEl ministro de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, Resolución número 610.ORIGINAL2017_Tesis_Madero_Luquerna_Indira_Carolina.pdf2017_Tesis_Madero_Luquerna_Indira_Carolina.pdfTesisapplication/pdf1329795https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1471/1/2017_Tesis_Madero_Luquerna_Indira_Carolina.pdf97dfa50ebf385a7ec3ab62b91f722b4eMD51open accessTHUMBNAIL2017_Tesis_Madero_Luquerna_Indira_Carolina.pdf.jpg2017_Tesis_Madero_Luquerna_Indira_Carolina.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4511https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1471/2/2017_Tesis_Madero_Luquerna_Indira_Carolina.pdf.jpgbe7549023f516edb741bac3d1760af6fMD52open access20.500.12749/1471oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/14712024-01-21 11:12:51.625open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.co