INDICE 1.- CÁLCULO DE CHIMENEA DE EVACUACIÓN DE HUMOS SEGÚN LA NORMA EN DATOS DE PARTIDA... 2

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1 INDICE 1.- CÁLCULO DE CHIMENEA DE EVACUACIÓN DE HUMOS SEGÚN LA NORMA EN DATOS DE PARTIDA CAUDAL DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN DENSIDAD MEDIA DE LOS HUMOS TEMPERATURAS DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR DIÁMETRO HIDRÁULICO CAÍDA DE PRESIÓN POR RESISTENCIA AL MOVIMIENTO TIRO NATURAL VELOCIDAD MEDIA DE LOS HUMOS CALOR ESPECÍFICO A PRESIÓN CONSTANTE DE LOS HUMOS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO RESULTADOS PARA LAS CALDERAS DE 60 KW RESULTADOS PARA LAS CALDERAS DE 45 KW Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 1 de 1

2 1.- CÁLCULO DE CHIMENEA DE EVACUACIÓN DE HUMOS SEGÚN LA NORMA EN El cálculo de chimeneas para la evacuación de los humos de las calderas según la norma EN DATOS DE PARTIDA. La chimenea será de doble pared acero-acero inox AISI 304/316 ya que se trata de combustibles gaseosos. El aislamiento será de lana de roca de alta densidad. El combustible empleado es gas natural CAUDAL DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN. Se calcula mediante la expresión: P m = 12. ( PF + e PC) η PCI m Caudal másico en kg/s. PF Poder fumígero del combustible, en Nm 3 / Nm 3. PC Poder comburívero del combustible, en Nm 3 / Nm 3. η Rendimiento total del generador, referido al PCI del combustible. PCI Poder Calorífico Inferior del combustible, en kj/nm 3. P Potencia térmica útil del generador, en kw. e Exceso de aire. El exceso de aire se calcula a partir de la siguiente expresión: CO 2 MAX e = 1 C CO 2 C Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 2 de 2

3 CO 2 MAX Contenido máximo teórico de CO 2 en los humos en función del tipo de combustible. CO 2 Contenido medio de CO 2 en los humos en función del régimen de funcionamiento del generador. C C Coeficiente corrector del exceso de aire. Tipo de Combustible C C Gaseoso DENSIDAD MEDIA DE LOS HUMOS. Se calcula a partir de la expresión: ρ HM = ( A) RT HM kg/m 3 A Altitud sobre el nivel del mar, en m. R Constante de elasticidad de los humos, en J/kg K. T HM Temperatura media de los humos, en K TEMPERATURAS DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN. Dado un tramo específico de chimenea, conocida la temperatura de entrada de los humos en el tramo (T HE ), la temperatura de salida de los humos (T HS ) y la temperatura media de los humos en el tramo (T HM ) puede calcularse por la expresión: ( ) T = T + T T e f HS A HE A E T HM = T + A T HE T f E A ( 1 e f ) E Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 3 de 3

4 f E Factor de enfriamiento. Se calcula mediante la expresión: f E = U S C I P m U Coeficiente global de transmisión de calor de la pared de la chimenea, en W/m 2 K. S I Superficie interior de la chimenea, en m 2. C P Calor específico a presión constante de los humos, en m COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR. El coeficiente global de transmisión de calor de la pared de la chimenea, se calcula mediante la expresión: U = 1 1 R D hi 1 + β + h D h i hx x h i es el coeficiente superficial interior, expresado en W/(m 2 K) y se calcula a partir de: h i = λh N D hi U, en la que: λ H Conductividad térmica de los humos, en W/(m K). Aproximadamente responde a la ecuación: λ H ( T ) 6 = HM Nu Número de Nusselt, cuya expresión responde a (siendo r la rugosidad del material en mm):. ( ) Nu = a Re 180 a = r r y el nº de Reynolds (Re) responde a la expresión: Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 4 de 4

5 Re = v D hi ν C, v velocidad media de los humos en la chimenea, en m/s. D HI Diámetro hidráulico interior, en m. ν C Viscosidad cinemática de los gases, en m 2 /s. Se calcula a partir de: υ C = T HM T HM R es la resistencia térmica de la pared de la chimenea, en (m 2 K)/W. Se calcula a partir de: R s D Ln D hin + N = hi 1 2 ε, donde n indica el valor de la capa enésima y el 2 λ N Dhin coeficiente s depende de la forma y la sección. Sección s Circular 1 h X es el coeficiente superficial exterior, medido en W/(m 2 K) Ubicación chimenea h X (W/m 2 K) Interior 8 Exterior 25 Para chimeneas que circulen tanto en el interior como en el exterior de la edificación, se utilizará la expresión: h X = 8 SINT + 25 S S + S INT EXT EXT β es un coeficiente que tiene en cuenta las variaciones de temperatura debidas a la regulación del quemador en el caso de chimeneas de calderas. Chimenea Todo-Nada Todo-Poco-Nada Modulante Metálica Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 5 de 5

6 1.6.- DIÁMETRO HIDRÁULICO. El diámetro hidráulico (D H ) medido en m, es igual a cuatro veces el área de la superficie transversal del conducto dividido por el perímetro. Para la chimenea circular que se proyecta D H = D CAÍDA DE PRESIÓN POR RESISTENCIA AL MOVIMIENTO. La ΔP por resistencia al movimiento de los humos en las chimeneas, medido en Pa, se calcula a partir de: 2 v L M ΔP = ρhm f + Σξ + ΔP D TRAMOS 2 DH f S ρ HM Densidad media de los humos en el tramo, en kg/m 3. v M Velocidad media de los humos en el tramo considerado, en m/s. Se calcula a partir de la ecuación: v M = m ρ HM S, siendo S el área de la sección transversal de la chimenea (m 2 ). F Factor de fricción. Puede obtenerse por la fórmula de Colebrook o por cualquier fórmula empírica existente. L Longitud del tramo considerado, en m. Σξ Suma de los coeficientes de pérdida de presión localizadas (accesorios). ΔP D Variación de presión dinámica desde la entrada a la salida de la chimenea. Se calcula a partir de la siguiente expresión: Δ P D v = ρ HM v MS ME f S Factor de seguridad para contrarrestar imperfecciones, condiciones atmosféricas adversas, anormalidades de funcionamiento, etc..se considera en este cálculo 1.2. Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 6 de 6

7 1.8.- TIRO NATURAL. El tiro natural se produce por la diferencia de densidad entre los humos en el interior de la chimenea y el aire exterior. Se calcula mediante la siguiente expresión: ( ) t = g H ρ A ρ HM Pa. H Altura eficaz; distancia vertical entre la salida de humos del generador y la boca de salida de la chimenea. Para el cálculo H se divide en H H (tramo horizontal) y H V (tramo vertical). H = H H + H V VELOCIDAD MEDIA DE LOS HUMOS. Aproximadamente se puede calcular en función del caudal másico de acuerdo con la expresión: v = + x + x x x siendo x = Ln m CALOR ESPECÍFICO A PRESIÓN CONSTANTE DE LOS HUMOS. Para un porcentaje de CO 2 del 8%, se puede calcular mediante la expresión: C = T T 2 P HM HM donde T HM es la temperatura media de los humos PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO. Para el cálculo de la sección transversal de la chimenea se utiliza el siguiente procedimiento: a) Tramo Horizontal Determinación de la geometría de la chimenea, del nivel de aislamiento térmico y acabado interior, velocidad media de los humos, temperatura de humos a la salida del generador, densidad de los humos, caudal volumétrico de los humos y del C P de los humos Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 7 de 7

8 Se calcula el área de la sección transversal a partir de la ecuación: A v v S = Se calcula el coeficiente global de transmisión de calor U utilizando una temperatura media de la pared de la chimenea igual a la media entre la temperatura media de los humos y la temperatura exterior del aire. Se calcula el área interior de la chimenea S I, el factor de enfriamiento f E,la temperatura media de los humos T HM, la temperatura de los humos T HS a la salida de la chimenea, la caída de presión en el tramo horizontal, la densidad del aire exterior y el tiro natural horizontal. La depresión requerida a la base de chimenea se calcula teniendo en cuenta la presión de salida del generador ΔP GEN, la caída de presión por resistencia al movimiento ΔP HORIZ (<0), el tiro natural horizontal t HORIZ (<0 o >0) y la depresión necesaria para conducir el aire comburente al quemador atmosférico. b) Tramo vertical Determinación de la geometría de la chimenea, del nivel de aislamiento térmico y acabado interior. Se escoge un área de la sección transversal igual o inferior a la del tramo horizontal y se asume una T HM igual a la de salida del tramo horizontal. Se calcula la densidad media de los gases, el caudal volumétrico, el C P, el coeficiente global de transmisión de calor U, el área de la superficie interior de la chimenea S I, el factor de enfriamiento f E, la temperatura media de los humos T HM y la temperatura de salida de los humos a la salida de la boca de la chimenea. Se calcula la caída de presión por resistencia al movimiento de los humos ΔP VERTI y el tiro natural t VERTI. Finalmente la depresión disponible a la base de la chimenea: ΔP = t ΔP VERTI VERTI Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 8 de 8

9 RESULTADOS PARA LAS CALDERAS DE 60 KW. Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 9 de 9

10 Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 10 de 10

11 RESULTADOS PARA LAS CALDERAS DE 45 KW. Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 11 de 11

12 Anexo: Cálculos de las chimeneas de extracción de humos Página 12 de 12