RENDIMIENTO INTRODUCCIÓN BALANCE DE ENERGÍA RENDIMIENTO DE COMBUSTIÓN TABLAS DE COMBUSTIBLES REAL...

RENDIMIENTO

INTRODUCCIÓN

BALANCE DE ENERGÍA

RENDIMIENTO DE COMBUSTIÓN

TABLAS DE COMBUSTIBLES

REAL DECRETO 275/1995 DE 24 DE FEBRERO DIRECTIVA DEL CONSEJO 92/42/CEEREAL DECRETO 275/1995 DE 24 DE FEBRERO DIRECTIVA DEL CONSEJO 92/42/CEE

RENDIMIENTO ESTACIONAL

Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA

E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID

TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN 1

INTRODUCCIÓN

El rendimiento η de un generador de energía térmica es la relación entre la cantidad de calor Qut itid l fl id l t d ( t i útil) l tid d d l Q i i t d l itransmitido al fluido caloportador o carga (potencia útil) y la cantidad de calor Qn suministrada al mismotiempo al generador por el combustible y el aire (potencia nominal).

PérdidasPérdidasQQ ∑∑−nn

n

n

u

QPérdidas

QPérdidasQ

QQη ∑∑ −=

−== 1

El cálculo del rendimiento requiere:

Elegir una temperatura de referencia o de base, (Ta).

Realizar un balance de masaRealizar un balance de masa.

Considerar el poder calorífico inferior (P.C.I.) del combustible, siempre que latemperatura de los humos sea superior a 100ºC.





Para determinar el rendimiento de cualquier generador de energía térmica hay que considerar dos tipos depérdidas:

Pérdidas de combustión, Pc.

Pérdidas del proceso, Pg.

Transformación de la energía

Transmisión de este calor a la carga o fluido caloportador

P gquímica del combustible en calor

Pc

Pg

Pt = Pc + Pg





BALANCE DE ENERGÍA

Se establece una igualdad entre la suma de calores entrantes, más los calores netos de reacción(E té i d té i ) l d l l li t d t d l lí it d l d(Exotérmica-endotérmica), y la suma de los calores salientes dentro de los límites del generador.

1) Calor sensible del combustible I) Calor del fluido o carga a la salida

II) Gases de combustión2) Calor de combustión (P.C.I.)

3) Calor aire de combustión

II) Gases de combustión

III) Inquemados sólidos y gaseosos

3) Calor aire de combustión

4) Calor del fluido o carga a la entrada V) Pérdidas por radiación convección

IV) Purgas





1) Calor Sensible del combustible precalentado Qc = bc x Cpc x ΔTc kcal/h

2) C l d b tió Q b CPI k l/h2) Calor de combustión Qcom = bc x CPI kcal/h

3) Calor aire de combustión QA = bc x MA1 x CpA x ΔTA kcal/h

4) Calor del fluido o carga a la entrada Que = Mf ó c x Cpf ócx ΔTf ó c kcal/h

I) Calor del fluido o carga a la salida Qus = Mf ó c x Cpf ócx ΔTf ó c kcal/h

IIIa) Inquemados gaseosos kcal/h⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +×=

][][21 CHCObQHI c

II) Gases de combustión QHS = bc x MH1 x CpHx ΔTH kcal/h

⎟⎠

⎜⎝− 000.1100.3][21 2O

Q c

IIIb) Inquemados sólidos Opacidad mediante escala Bacharach Kcal/kg o m3 de comb.

V) Pérdidas Radiación y convección Qr y c (Tablas) kcal/h

IV) Purgas Qp = P x Cpf x ΔTf kcal/h





RENDIMIENTO DE COMBUSTIÓN

El rendimiento de combustión es la relación:

100QQ

1100100 inquemadosgasespor inquemadosgasespor ×−−=×−−

=×=PP

QPPQ

QQ nuc

cη QQ nnQQ nn

isc pp −−=1η isc

Ps Pérdidas por calor sensible en los gases de escape.

)( .1

ICPTTCpM

p refHHHs

−××=

... ICP





Ps También se puede calcular aproximadamente por la fórmula de Sieggert:

)(.

SOCOTT

Kp refHs +

−=

)( 22 SOCO +

(CO2+SO2) suma de los porcentajes en %.

K es una constante en función del tipo de combustible, los valores más usados son:

Gas natural = 0,47

Gas ciudad = 0,45

Gasóleo = 0,58

Fuelóleo = 0 56Fuelóleo 0,56

Hulla = 0,63

antracita = 0,68





PCICOV )(**%)(*1

PCIPCIρCOV COcoHs )(**%)(*P

1

CO inquemados =

( )PCIρInqVP InqinqHs ∑ )(**.%)(*1 ( )

PCIρq

P InqinqHsinquemados

∑=)()(





Pi pérdidas por inquemados:

[ ] [ ] [ ]⎤⎡ OPCHCO( )

[ ] [ ] [ ]⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++×

−=

65100031002121

2

OPCHCOO

pi

Inquemados gaseosos Inquemados sólidos

(O2) = % de O2 en los humos.

[CO] = p.p.m. de CO en los humos.

[CH] = p.p.m. de CH en los humos (Hidrocarburos.[C ] p.p. . de C e os u os ( d oca bu os.

[OP] = Opacidad de los humos (%)





Indice de opacidad (OP)

Permite el control de partículas sólidas como inquemados, es decir la presencia de carbono libre.

Se realiza por razones de rendimiento energético y por motivos de evitar la contaminación.

El método que se sigue es de control cualitativo, haciendo filtrar los humos a través de un papel defiltro.

La escala más utilizada es la de Bacharach





Excelennte

B

inacepBuena

ptable





(1) Zona de aire por debajo del teórico necesario: muchosinquemados, bajo CO2. Línea de trabajo con el aireteóricamente mínimo necesario.

(2) Zona con exceso de aire sobre el mínimo teórico. Se dael máximo CO2 pero aun el I.B. es superior a lo admitidoen reglamento.

(3) Zona donde el I.B. es inferior a lo exigido,manteniendo un alto CO2. El punto ideal de trabajo es lafrontera entre las zonas 2 y 3.

(4) Demasiado exceso de aire, bajo CO2 alto O2.





REAL DECRETO 275/1995 DE 24 DE FEBRERO DIRECTIVA DEL CONSEJO 92/42/CEE

RENDIMIENTOS MÍNIMOSRENDIMIENTOS MÍNIMOShasta 400 kW

para potencias > 400 kWη ≥ al exigido a calderas de 400 kW

RENDIMIENTOS MÍNIMOS sobre PCI

al 100% y al 30%

)log( Pba •+=η )log( nPba +ηtipo de caldera a potencia nominal (100%) A carga parcial (30%)

tm coeficiente tm coeficiente°C a b °C a b

estándar 70 84,0 2,0 ≥ 50 80,0 3,0de baja tem peratura 70 87,5 1,5 40 87,5 1,5de gas de condensación 70 91,0 1,0 30 (*) 97,0 1,0 (*) temperatura del agua de alimentación de la caldera




TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN

Rendimientos mínimos al 100%Rendimiento a 100% de carga

92939495

e P

CI (

%)

8889909192

ento

sob

re CD

BT

ES

85868788

rend

imie

0 50 100 150 200 250 300 350 400

potencia nominal (kW)





Rendimientos mínimos al 30%

Rendimiento al 30% de carga

102

949698

100102

e P

CI (%

)

8688909294

ento

sob

re CD

BT

ES

80828486

0 50 100 150 200 250 300 350 400

rend

imi

0 50 100 150 200 250 300 350 400

potencia nominal (kW)





RENDIMIENTOS MEDIOS ESTACIONALESRENDIMIENTOS MEDIOS ESTACIONALES

RENDIMIENTOS MEDIOS ESTACIONALESsobre PCI

• Calderas estándar 65…80%• Calderas de baja temperatura 92 …96%Calderas de baja temperatura 92 …96%• calderas de condensación 103 …106%

Rendimiento máximo teórico sobre PCI con gas natural = 109%Rendimiento máximo teórico sobre PCI con gas natural = 109%





Marcas de prestaciones energéticas

marca a potencia nominal Pn a carga parcial de 0,3·Pn(temp media del agua de 70°C) (temp media del agua ≥ 50°C)(temp. media del agua de 70 C) (temp. media del agua ≥ 50 C)

% %η ≥ +84 2 • log( )Pn η ≥ +80 2 • log( )Pnη ≥ +87 2 • log( )P η ≥ +83 2 • log( )Pη ≥ +87 2 log( )Pn η ≥ +83 2 log( )Pnη ≥ +90 2 • log( )Pn η ≥ +86 2 • log( )Pnη ≥ +93 2 • log( )Pn η ≥ +89 2 • log( )Pn

Esta clasificación no refleja las prestaciones energéticas de una caldera, ya que se basa sobre el

rendimiento instantáneoDpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA




RENDIMIENTO ESTACIONARIO

Rendimiento instantáneo:

rcihi ppp −−−=1η

a) Funcionamiento: el rendimiento coincide con el instantáneo

rcihentofuncionami PPPP ++=b) Paradas: radiación convección a través de caldera y ventilación interna

PPP +=c) Arranque: radiación convección a través de caldera y barrido del quemador

internan ventilacióPPP rcparada +=

prebarridoPPP rcarranque +=





Tiempo total:

RENDIMIENTO ESTACIONARIO

Tiempo total:

Balance de energía:

apfndisposició TTTT ++=

Balance de energía:

- Energía nominal:

- Energía útil:fnn TQE *=

( ) ( ) ( ))(*)(*)(** pbrcavircprcihffnu PPTPPTPPPTTQE +−+−++−=





Rendimiento estacionario: uE=ηn

e E=η

( ) ( ) ( )PPTPPTPPPTTQ )(*)(*)(** ( ) ( ) ( )fn

pbrcavircprcihffne TQ

PPTPPTPPPTTQ*

)(*)(*)(** +−+−++−=η

( ) ( ) ( )pbrcavircprcihffne

PPTPPTPPPTTQ )(*)(*)(** +−

+−

++−=η

fnfnfnfne TQTQTQTQ ****

η

T)(*)(*)(1 pbrc

f

avirc

f

prcihe pp

TTpp

TT

PPP +−+−++−=η





ff

)(*)(* pbrca

vircp

ie ppTTpp

TT

+−+−=ηη

El rendimiento estacional disminuye si aumenta el número de

ff TT

yparadas y arrancadas del quemador.





- Se requiere equipos con rendimientos instantáneos altos.

- La potencia instalada debe ajustarse a las necesidades del edificio periodos de funcionamiento largos.

- Reducir las pérdidas por ventilación interna en las paradas: quemadores con cierre de la clapeta de aire en las paradas.

- Reducir el número de arrancadas mediante un fraccionamiento de potencia padecuado.





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