Análisis 58: Generador de vapor. Diagramas de energía y exergía
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Metanol (CH3OH) es el combustible empleado en una cámara de combustión de un generador de vapor (steam boiler). El aire entra con un 300% de exceso a 25ºC y 100 kPa y es mezclado con el combustible que entra en las mismas condiciones, antes de la combustión. Los productos de la combustión abandonan el generador de vapor a 170ºC.
El agua se calienta de 25ºC a 550ºC, a 10 MPa. Calcular:
Composición molar de los gases de combustión
Exergía química de los productos de combustión
Exergía destruida
Eficiencia térmica
Eficiencia exergética
Diagrama de Sankey
Diagrama de Grassmann
El objetivo de los generadores de vapor es la de transferir al agua la energía en forma de calor de los gases producto de la combustión de combustibles, para que ésta se convierta en vapor. Este equipo tuvo su origen con el surgimiento de las máquina de vapor en la época de la revolución industrial.
Los generadores de vapor que conocemos hoy en día, prometen no solo una muy buena eficiencia térmica, incluso hasta el 98%, sino también la reducción de las emisiones de NOx.
La eficiencia de la combustión de la caldera puede ser graficada en función de la temperatura de los productos de combustión y del coeficiente de aire. En este caso al no haber inquemados, el estado (λ=3, Tp=170ºC) puede ser representado.
En un ajuste de la combustión de un quemador se debe ajustar:
La cantidad de combustible para proporcionar el consumo calorífico que precisa el aparato.
La cantidad de aire para que se produzca una combustión completa del combustible, minimizando la cantidad de inquemados.
El rendimiento aumentará a medida que se disminuya la temperatura de humos, y se aumente el porcentaje de CO2 en los productos de la combustión. Pero el aumento del CO2 puede conllevar un aumento incontrolado del peligroso CO con los problemas para el hogar de la caldera y especialmente para la seguridad de las personas.
Un elemento vital es la chimenea, pues será perjudicial tanto un exceso, como un defecto de tiro. Si el tiro es excesivo, los gases de la combustión saldrán demasiado pronto de la cámara de combustión y del intercambiador de calor aspirados por la chimenea. Y un defecto de tiro creará problemas de evacuación de los gases de la combustión, ensuciamiento del hogar, o ahogamiento de la llama.
Diagrama de Sankey:
Diagrama de Grassmann:
