Flujo msico de vapor
El cuerpo del caldero est formado por: Tubos Espejos Coraza
Hogar Carretes (frontal y superior) Tapas Placas deflectoras en los
carretes ChimeneaAdems requiere de ciertos accesorios que deben ser
determinados sus parmetros para su respectiva construccin o
adquisicin comercial, estos son: Bomba de alimentacin de agua
Quemador Tanque diarioTubos Para estas potencia bajas, las casas
constructoras recomiendan tubos de 2 pulgadas IPS 40; esta
nomenclatura le da un dimetro interno de 52.48 mm y un dimetro
externo de 60.3 mm, con estos puede calcular el espesor de la
pared.Siendo la presin de diseo 60 psi, podemos calcular el
esfuerzo ejercido sobre la tubera y determinar si el dimetro es
apropiado en base a clculos de flujos. Se puede determinar en
funcin de gases que circulan por el interior.
Tensin y comprensin de tubosEl acero de construccin tiene un
esfuerzo admisible de 250 MPa para tensin y comprensin.
El signo negativo indica que est sometido a un esfuerzo de
compresin y que para la presin indicada, el espesor del tubo
soporta con demasa. Longitud de los tubosLa longitud de los tubos
est en funcin de frmulas experimentales en las que cada una de
ellas es una funcin de la potencia; asi tenemos la siguiente
ecuacin
En busca de aprovechar las dimensiones que tienen los tubos en
el merca do, podemos alargar esta longitud, para dejar a cada tubo
con 1 m de longitud. De este modo se puede sacar 6 pedazos de un
tubo de 6 metros de longitud.Area de cada tubo:
rea de calefaccin Esta rea tiene parmetros diferentes a los
elementos a slidos, este valor es una funcin de la potencia de
caldero y se encuentra en muchos formulas experimentales dadas por
las casas constructoras:
Numero de tubos:Se calcula relacionando el rea total requerida
por la potencia del caldero y el rea superficial que aporta cada
tubo:
Distribucin de los tubos:Para optimizar la transferencia de
calor hacia el inerior del caldero; es necesario estudiar
brevemente la conveccin natural en tuberas; en cada tubera se crea
una capa limite
Siendo este el caso, los tubos en los espejos deben tener una
distribucin de tringulo equiltero; esta distribucin nos brinda
mayores eficiencias al momento de realizar la transferencia de
calo. De igual forma las casas constructoras recomiendan una
distancia o paso entre tubos de 1.25 a 1.75 por el dimetro del
tubo.
Para nuestro diseo, hemos tomado un valor intermedio de 1.5*D0
quedando de este modo lsa siguientes medidas: paso de los tubos
c=84 mm.Estudio de los espejosEl dato recomendado por las casas
constructoras es un dimetro de espejo de 1.06 m, cuando la potencia
del caldero no sobrepasa de 100 Hp. Para nustro caso podemos
recomendar elaborar un cilindro a partir del perimtro de una
plancha de acero comercial, la cual tiene las siguientes diemsiones
1.22m *2.44m *6mm.
HogarEl hogar es un tubo cuyo diametro debe estar entre el 40 y
45 % del espejo se tomara un valor medio de 42.5 %.
Es decir que este diametro podr ser de 31 a 35 cm.La posicin de
este tubo en el espejo depende exclusivamente de la distribucin del
encargado del diseo de a los tubos en el espejo; es decir que puede
subir o bajar a lo largo del eje vertical de tal forma que asegure
que sobre el mismo existen dos fials de tubos y que tenga el rea
para acumulacin de vapor.
El volumen para la acumulacin de vapor es un segmento circular
que se encuentra en la parte superior, en su espacio msa ancho es
decir en el eje vertical su separcion debe ser 20% de la altura del
diametro del espejo. Volumen de los tubos:
Volumen del hogar:
Volumen ocupado por el lquido:
Volumen ocupado por el vapor:
Al momento de quemarse el combustible en el hogar, se producen
temperaturas elevadas que oscilan entre los 900 C, mientras tanto
el interior del caldero se mantiene a una temperatura aproximada de
150 C, por lo tanto se tiene un diferencial de temperaturas elevado
y por lo tanto la trasferencia de calor es mucho mayor que en los
siguientes pasos.Una vez que los gases de combustin salen del
hogar, estos chocan en las tapas posteriores del caldero, para
luego pasar por tubos de menor dimetro; la transferencia de calor
disminuye considerablemente en comparacin con el hogar, ya que la
temperatura de los gases de combustin es menor.
Tanque diarioEl volumen de este tanque debe ser suficiente para
alimentar al caldero en 20 min, es decir debe garantizar el
abastecimiento de agua al interior del caldero. Existen muchos
riesgos con los calderos, pero uno de los problemas que suele
resultar ms crtico, es que el caldero se quede sin agua en su
interior, provocando sobrecalentamiento.El volumen del lquido debe
ser 70% del volumen total:
Y su equivalente correspondiente al 100% es: 131. 4285
litrosPara las dimensiones del tanque, se recomienda la relacin
Ltanque = 3*Dtanque
Despejando:
Potencia de la bomba de alimentacin de agua
Para obtener el trabajo de la bomba utilizamos Bernoulli:
Despejando y simplificando:
Clculos de las prdidas por friccin (hf):Formula de darcy:
Donde
Calculo de la velocidad:
Calculo del factor de friccin:
