Elaborado y presentado por: María José Martínez con información del Ing. Sergio Luis.

Los combustibles, que

por lo común se usan,

son: líquidos derivados

del petróleo, gas natural,

combustibles sólidos;

como la hulla, el coque y

productos de desecho.

Tipos de combustible

El gas natural es el

combustible ideal para plantas

de proceso. Solamente

requiere servicios de

almacenamiento y/o de

manejo tales como tuberías y

controladores de presión.

Gas Natural

Las flamas de gas son

limpias y se propagan con

rapidez, produciendo un

quemado satisfactorio con

flujos relativamente bajos

de combustibles.

Gas Natural (…cont)

El combustible se almacena

en tanques calentados y en

las grandes instalaciones se

recircula continuamente entre

el almacenamiento calentado

y el horno.

Combustible Líquido

Debido a su elevada

viscosidad, los

combustibles industriales

pesados se entregan en

carros tanques calentados

con vapor.

Combustible Líquido (…cont)

Mediante este procedimiento el

combustible se conserva a la

temperatura correcta para ser

quemado y se mantiene una presión

constante en los quemadores, de

modo que el control del encendido es

relativamente sencillo.

Combustible Líquido (…cont)

Los hornos instalados

aisladamente pueden

tener unidades

combinadas de bombeo

y calentamiento

localizadas cerca del

punto de uso.

Combustible Líquido (…cont)

Los subproductos de la planta de

proceso que sean susceptibles de ser

quemados pueden ser valiosos como

combustible. Sin embargo, en algunos

casos resultan más costosos que los

combustibles convencionales.

Productos de Desecho

Entre los desechos o

subproductos

combustibles más

comunes tenemos el

desecho de la caña de

azúcar y los

desperdicios de madera.

Productos de Desecho (…cont)

La hulla y el coque fueron los

combustibles estándares para las

primeras industrias, pero a medida que

el aceite combustible y el gas natural

alcanzaron precios más baratos; y a

medida que se construyeron

oleoductos, el uso del combustible

sólido ha declinado.

Hulla y Coque

En las plantas de proceso los

combustibles se usan para

calentadores, reactores y

evaporadores calentados a fuego

directo, hornos generadores de

vapor, de turbinas de gas y de

máquinas de combustión interna.

Usos

CALCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE STOCK

PARA ALMACENAR EL DIESEL A USARSE EN EL

HORNO DE GENERACION DE AIRE CALIENTE.

A) El calor de combustión del diesel es de 18300 Btu/lbm y la densidad relativa es de 0.8494

Hcdiesel = 10,166.66 cal/g

B) El flujo másico de diesel necesario a quemar para obtener el calor requerido en la torre de aspersión se obtiene dividiendo el calor requerido entre el calor de combustión.

Flujo Másico de Diesel = 1,312,345,248.96 cal/h ̧10,166.66 cal/g

Flujo Másico de Diesel = 129,083.2 g/h = 129.0832 kg/h

CALCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE STOCK

PARA ALMACENAR EL DIESEL A USARSE EN EL

HORNO DE GENERACION DE AIRE CALIENTE.

A) El calor de combustión del diesel es de 18300 Btu/lbm y la densidad relativa es de 0.8494

Hcdiesel = 10,166.66 cal/g

B) El flujo másico de diesel necesario a quemar para obtener el calor requerido en la torre de aspersión se obtiene dividiendo el calor requerido entre el calor de combustión.

Flujo Másico de Diesel = 1,312,345,248.96 cal/h ̧10,166.66 cal/g

Flujo Másico de Diesel = 129,083.2 g/h = 129.0832 kg/h

De donde

salió?

Del balance de

energía en el

secador!!!

CALCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE STOCK

PARA ALMACENAR EL DIESEL A USARSE EN EL

HORNO DE GENERACION DE AIRE CALIENTE.

A) El flujo volumétrico se obtiene dividiendo entre la densidad

Flujo Volumétrico de Diesel = 124.1872 kg/h ¸ 849.4 kg/m3

Flujo Volumétrico de Diesel = 0.1519698 m3/h

B) Se planificó que se va a comprar diesel cada 7 días (168 horas).

Volumen de Diesel = 0.1519698 m3/h * 168 h = 25.5309 m3

Volumen de Diesel = 67744.56 galones

Volumen del Tanque Stock 7000 galones

Volumen del Tanque Stock 26.49780 m3

Diámetro del Tanque Stock = 3.23*1.2 = 3.87

Diámetro del Tanque Stock = 4.00 metros (normalizado)

CALCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE STOCK

PARA ALMACENAR EL BUNQUER A USARSE EN LA

CALDERA.

A) El calor de combustión del bunquer es de 150000 Btu/gal.

Hcbunquer = 150000 btu/gal = 158,258.37789 Kj / galón

B) El flujo volumétrico de bunquer necesario a quemar para obtener el calor requerido en la caldera se obtiene dividiendo el calor requerido entre el calor de combstión.

Flujo Volumétrico de Bunquer = 3,128,410 kJ/h ̧158,258.37789 kJ/galón

Flujo Volumétrico de Bunquer = 19.7677 galones/hora

Se va a comprar una pipa cada 25 días

Volumen de un tanque para una pipa de 6000 gal = 22.71 m3

Sobrediseñando un 20% = 27.2549 m3

El diámetro de este tanque es de 3.26 metros 3.30 metros

CALCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE STOCK

PARA ALMACENAR EL BUNQUER A USARSE EN LA

CALDERA.

A) El calor de combustión del bunquer es de 150000 Btu/gal.

Hcbunquer = 150000 btu/gal = 158,258.37789 Kj / galón

B) El flujo volumétrico de bunquer necesario a quemar para obtener el calor requerido en la caldera se obtiene dividiendo el calor requerido entre el calor de combstión.

Flujo Volumétrico de Bunquer = 3,128,410 kJ/h ̧158,258.37789 kJ/galón

Flujo Volumétrico de Bunquer = 19.7677 galones/hora

Se va a comprar una pipa cada 25 días

Volumen de un tanque para una pipa de 6000 gal = 22.71 m3

Sobrediseñando un 20% = 27.2549 m3

El diámetro de este tanque es de 3.26 metros 3.30 metros

De donde

salió?

Del balance de

energía en el

reactor!!!

CANTIDAD DE DIESEL QUE SE DEBE COMPRAR AL

AÑO

Galones de diesel al año = 0.151969 m3/hora * 7512 horas/año.

Galones de diesel al año = 1141.5971 m3/año = 301,578.05 gal/año.

CANTIDAD DE DIESEL QUE SE DEBE COMPRAR AL

AÑO

Galones de bunquer al año = 19.7677 gal/hora × 7512 horas/año

Galones de bunquer al año = 148,494.9624 gal/año.

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CALDERA

Propiedades Físicas:

Coraza (Agua) Tubos (Bunker) Cp = 1 btu/lb°F Cp = 9587 kcal/lb°C

= 0.90E-3Kg/m-s = 0.3636Kg/m-s = 995.647kg/m3 = 1003kg/m3

T1 = 86°F T1 = 1880.6°F T2 = 725°F T2 = 620°F Tmed = 419°F Tmed = 1250.3°F

T = 639°F T = 1260.6°F

Balance de Masa y Energía

m×(hs - he) = Q req

he = 125.79 KJ/Kg a 30°C hs = 3254.2 KJ/Kg a 400°C m = 1000 Kg/h

Sustituyendo:

1000 kg/h×(3254.2 - 125.79)KJ/Kg = 3,128,410 KJ/h

Q req = 2,965,160.55 btu/h

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CALDERA

Propiedades Físicas:

Coraza (Agua) Tubos (Bunker) Cp = 1 btu/lb°F Cp = 9587 kcal/lb°C

= 0.90E-3Kg/m-s = 0.3636Kg/m-s = 995.647kg/m3 = 1003kg/m3

T1 = 86°F T1 = 1880.6°F T2 = 725°F T2 = 620°F Tmed = 419°F Tmed = 1250.3°F

T = 639°F T = 1260.6°F

El calor de combustión del bunquer32

Hc = 150,000 btu/gal

El flujo volumétrico de bunquer requerido para entregar el calor necesario en la caldera se calcula de la siguiente manera:

Flujo Volumétrico = Q req/ Hc

Flujo Volumétrico = (2,965,160.55 btu/h)/(150,000 btu/gal)

Flujo Volumétrico = 19.8 gal/h

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CALDERA

Determinamos la diferencia media logarítmica de temperatura MLDT:

MLDT = F×( T1 - T2)/ln( T1/ T2)

donde F el factor de corrección1 es igual a 1

MLDT = (639 - 1260.6)/ln(639/1260.6) [°F]

MLDT = 914.873°F

Se supone un Ud en el rango2de 2 a 505. Tomamos uno de 40.

Ud = 40 btu/h×ft²×°F

Determinación del area de transferencia:

At = Q req/Ud×MLDT

At = (2,965,160.55 btu/h)/(40 btu/h×ft²×°F)(914.873°F)

At = 81.03 ft²

1FUENTE: DISEÑO TECNOLOGICO Y MECA NICO DE UN INTERCAMBIADOR DE CA LOR DE TUBO Y CORAZA, Br. Claudia Chávez y Br. Dalia Jiménez, asignatura de Diseño de Equipos. 2FUENTE: TRANSFERENCIA DE CA LOR, Donald Kern, Tabla #8, pag. 945.

FUENTE: TRANSFERENCIA DE CALOR, Donald Kern, Tabla #8, pag.

945.

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CALDERA

Tomando la longitud L, del intercambiador de calor (caldera), igual a 12 ft.

Asumiendo tubos BWG de 1 pulgada, calibre 8 y arreglo triangular

Se toman los siguientes datos:

DE = 1 pulgada = 1/12 ft DI = 0.67 pulgada = 0.055833 ft

Aeb = 0.2618 ft²/ft

Aib = 0.355 in² = 0.0024653 ft²

Determinación del número de tubos

Nb = At / Aeb×L Nb = 81.03 ft²/(0.2618 ft²/ft)(12 ft) Nb = 25.8 26 tubos

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CALDERA

Tomando la longitud L, del intercambiador de calor (caldera), igual a 12 ft.

Asumiendo tubos BWG de 1 pulgada, calibre 8 y arreglo triangular

Se toman los siguientes datos:

DE = 1 pulgada = 1/12 ft DI = 0.67 pulgada = 0.055833 ft

Aeb = 0.2618 ft²/ft

Aib = 0.355 in² = 0.0024653 ft²

Determinación del número de tubos

Nb = At / Aeb×L Nb = 81.03 ft²/(0.2618 ft²/ft)(12 ft) Nb = 25.8 26 tubos

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CALDERA

Cálculo de la velocidad dentro de los tubos

Vb = Wb×N / b×Nb×Aib

Wb : flujo de gases a través de los tubos [lb/s]

Wb = 0.04 lb/s

N : número de pasos (IQ 2-4)

N = 4

b : densidad de los gases b = 0.01864 lb/ft3

Sustituyendo:

Vb = (0.04 lb/s)(4)/(0.01864 lb/ft3)(26 tubos)(0.0024653 ft²)

Vb = 133.9155 ft/s

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CALDERA

Se toma el siguiente dato de la literatura.

NbReal = 26 tubos

El Dia (diámetro interior de la coraza) es:

Dia = 10 pulg = 0.254 metros

El espesor recomendado1de la envoltura de la coraza de acero es de:

s = 3.2 mm = 0.0032 metros

El area de transferencia de calor real es igual a la ya calculada anteriormente, debido a que el número de tubos reales coincide con el número de tubos calculados.

Atreal = 81.4 metros²

Las dimensiones de esta caldera son: 3.6576 m (12 ft) de largo y 0.2572 m de diámetro externo.

1FUENTE: FOLLETO DE DISEÑO DE EQUIPOS PA RA LA INDUSTRIA QUIMICA, Ing. Juan Carlos

Gut iérrez. UNI

FUENTE: FOLLETO DE DISEÑO DE EQUIPOS PARA LA INDUSTRIA

QUIMICA, Ing. Juan Carlos Gutiérrez. UNI

CALCULO DE LAS DIMENSIONES DEL HORNO

PARA EL CALENTAMIENTO DEL AIRE

Se calcula el calor absorbido por el aire para elevar su temperatura de 30 a 350°C.

Qhorno = m×Cpaire× T = (4 kg/s)(1.023 kJ/kg×°C)(320°C)

Qhorno = 1309.425 KJ/s

Aplicando la ecuación de transferencia de calor:

Qhorno = Uhorno×A× T

Uhorno = 300J/m²-s-°K (de las tablas del Ulrich)

A = Qhorno/Uhorno× T

A = (1,309,425J/s)/(300J/m²-s-°K)

A = 13.64 m²

El horno va a medir 3.7 m x 3.7 m.