Máquinas y Equipos Térmicos Tema III

Transcripción

1 Máquinas y Equipos Térmicos Tema III CHIMENEAS Y VENTILADORES 1

2 Las chimeneas de ladrillo tienen propensión a tener fugas, debido a la falta de adherencia de los materiales, así cómo también grietas ocasionadas por el asentamiento de la estructura. Las chimeneas de hormigón también están sujetas a la formación de grietas. Las fugas de aire, en las chimeneas destinadas a producir tiro natural, reducen el valor de éste disponible. Las chimeneas de acero, de no pintarse con gran esmero, son corroídas por la acción del aire y de la atmósfera. Asimismo si no se revisten interiormente son corroídas por los componentes de los gases quemados, de suerte que su duración es mucho más corta que la de una chimenea de ladrillo u hormigón. 2

3 La diferencia de presión denominada tiro natural se produce por el efecto creado por una chimenea. Su valor depende de la altura de la boca de la chimenea sobre el nivel del emparrillado del hogar, y de la diferencia media de temperatura entre la de los gases quemados contenidos en la chimenea, y la del aire del exterior. Las variaciones meteorológicas, las condiciones de funcionamiento de la caldera y la altura de la chimenea tienen una marcada influencia sobre el valor del tiro creado por una chimenea determinada. El tiro natural no consume energía mecánica y está indicado en pequeñas centrales cuando la carga no varía considerablemente, o en donde las calderas no han de desarrollar grandes producciones de vapor con gran rapidez. 3

4 Sección recta y la altura de una chimenea. La acción creadora de la circulación de los gases y necesaria para vencer los rozamientos es expresada por Donde: h w = tiro teórico en cmh 2 O B= presión barométrica, en mmhg h= altura de la chimenea, en m. D= densidad del agua a la temperatura que tienen los gases en la chimenea, en kg/m 3 T g = temperatura absoluta de los gases quemados, en K T a = temperatura absoluta del aire en K 4

5 De la ecuación anterior se desprende el valor de la altura de la chimenea, en metros: La velocidad teórica de los gases quemados es: Donde: V= m/seg. g= 9.81 m/seg 2 El área de la sección recta de la chimenea, en metros cuadrados es: Donde: Q= volumen de los gases, en m 3 /seg. K= coeficiente de velocidad, de 0.3 a 0.5 V= Velocidad teórica de los gases, en m/seg 5

6 El tiro creado por la acción de inyectores de aire o vapor, o mediante ventiladores, se conoce como tiro mecánico, el cual se requiere cuando deba mantenerse un determinado tiro con independencia de las condiciones atmosféricas y del régimen de funcionamiento de la caldera. el tiro mecánico está indicado cuando las calderas tengan que trabajar a un régimen más grande del normal, o cuando tienen que abastecer rápidamente demandas de vapor repentinas. Las calderas equipadas con tiro mecánico no necesitan chimeneas tan altas y costosas como las exigidas con tiro natural. Sin embargo, algunas veces se instalan con altas chimeneas por cuestiones reglamentarias, o para que los humos, gases y cenizas que salen por ellas no puedan molestar a los propietarios próximos a las mismas. 6

7 Se obtiene soplando aire en el interior de los hogares herméticos debajo de las parrillas y hogares mecánicos, o a través de quemadores de carbón pulverizado. El aire es introducido a presión y atraviesa el lecho de combustible, o quemador, para llegar hasta la cámara de combustión del hogar. Tratándose de tiro forzado, la técnica seguida consiste en evacuar los productos de la combustión de la caldera propiamente dicha por tiro natural, o inducido, o combinación de los dos. 7

8 se consigue con un ventilador de chorro o con un ventilador centrífugo colocado en los humerales, entre las calderas y la chimenea, o en la base de ésta. En caso de haber recuperador, el equipo de tiro inducido se instala entre la salida del recuperador y la chimenea. El efecto del tiro inducido consiste en reducir la presión de los gases en la cámara de la caldera por debajo de la presión atmosférica y descargar los gases a la chimenea con una presión positiva. 8

9 En los ventiladores se comunica energía al gas trasegado mediante el impulsor o rodete, con lo cual se crea una diferencia de presión y se produce la corriente de gas. Se utilizan ventiladores cuando se requiere vencer presiones entre 0 y 38 cm de agua. Aparatos que no aumentan la densidad del gas trasegado por ellos más del 7%. VENTILADOR: descarga los gases venciendo una cierta presión en su boca de salida. EXTRACTOR: saca los gases de un recinto por aspiración y los descarga con una cierta presión. 9

10 1 0 El flujo o corriente es paralelo al eje de giro de la hélice o rodete. Mueven masas de aire venciendo pequeñas resistencias (aparatos de ventilación)

11 El rodete gira dentro de la carcasa en forma de espiral. Paletas o álabes múltiples. Presión inferior a la atmosférica en el centro del rodete y presión positiva en el envolvente. 11

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13 Efectos de la forma de las paletas sobre la velocidad del aire 1 3

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15 1 5 Presión total = presión estática + presión dinámica. Presión dinámica: crea y mantiene la velocidad del aire o gas. Presión estática: presión compresiva en el seno del fluido para vencer los rozamientos y resistencias al paso del gas.

16 La diferencia de presión total creada es igual a la presión total a la salida del ventilador, menos la presión total a la entrada. 1 6

17 El caudal de gas es igual al producto del área de la sección recta de la canalización (en m²) por la velocidad media del fluido en dicha sección. Q= VA Q = Caudal descargado en m³/min. A = area de la sección recta de la canalización, en m² V = velocidad media del fluido, en m/min. 1 7

18 1 8 La potencia de un ventilador en función de la presión total desarrollada por el ventilador es: HP Qh t D Q = caudal de aire o gas movido, en m³/min. ht = diferencia de presión total creada por el ventilador, en cm de agua D = Densidad del agua a la temperatura del fluido medidor del tiro en kg/m³

19 1 9 La relación entre la potencia desarrollada por un ventilador y la absorbida en su eje se denomina rendimiento mecánico, y se expresa por: Re nd. mec. PotenciaDesarrollada PotenciaAbsorbida Los rendimientos pueden ser Totales, Estáticos o Dinámicos, cuando nos interesa el rendimiento total utilizamos presión total, en la ec. De la potencia desarrollada, si es Estático usamos la presión estática y si es el rend. Dinámico usamos la presión dinámica.

20 Las leyes básicas de los ventiladores se refieren (1) a un cambio de la velocidad del ventilador (2) a variaciones de la densidad del gas manipulado (3) a un aumento o disminución del tamaño del ventilador (4) a la resistencia de la instalación 2 0

21 2 1 Cambio de velocidad con un tamaño de ventilador, canalización y densidad del gas determinados. a).- el gasto varía en proporción directa con la relación de velocidades. b).- la presión estática varia con el cuadrado de la relación de velocidades. c).- la potencia absorbida por el ventilador varia con el cubo de la relación de velocidades.

22 2 2 Expresada en forma de ecuación nos queda: a).- b).- c).-

23 Cambio de la densidad del gas con un ventilador de tamaño dado que gira sin cambiar la velocidad para descargar un caudal constante en una canalización fija. Tanto la potencia requerida como la presión estática varían directamente con la relación de densidades del gas. 2 3

24 Expresada la ley numero 2 en forma de ecuación nos queda: 2 4

25 2 5 Cambio de densidad del gas con un ventilador de tamaño fijo girando a velocidades variables para descargar un peso constante de gas en una canalización fija. a).- el volumen, la presión estática y la velocidad varían inversamente con la relación de densidades del gas y b).-la potencia requerida para el accionamiento del ventilador varia inversamente con el cuadrado de la relación de densidades del gas.

26 2 6 Expresada la ley numero 3 en forma de ecuación nos queda: a).- b).-

27 Variación de la densidad del gas con un tamaño de ventilador fijo girando a una velocidad variable para producir una presión de descarga constante para vencer la resistencia ofrecida por una canalización fija. El volumen descargado, la velocidad (r.p.m) del ventilador y la potencia requerida varían con la raíz cuadrada de la relación de densidades del gas. 2 7

28 Expresada la ley numero 4 en forma de ecuación nos queda: 2 8

29 2 9 Cambio de tamaño del ventilador girando a una velocidad (r.p.m) constante, una densidad constante del aire, con proporciones del ventilador uniformes, y con un punto fijo de las características nominales. (a) el caudal descargado varía con el cubo de la relación de los diámetros de los rodetes; (b) la presión estática varía con el cuadrado de la relación de los diámetros de los rodetes; (c) la velocidad periférica varía con la relación de los diámetros de los rodetes; y (d) la potencia absorbida varía con la quinta potencia de la relación de los diámetros de los rodetes.

30 3 0 Expresada la ley numero 5 en forma de ecuación nos queda: a).- b).- c).- d).-

31 3 1 Cambio de tamaño del ventilador funcionando con velocidad periférica constante del rodete, densidad constante del aire, proporciones uniformes del ventilador y con un punto fijo de las características nominales. (a) el caudal descargado y la potencia requerida varían con el cuadrado de la relación de los diámetros de los rodetes; (b) la presión de descarga permanece constante, y (c) la velocidad (r.p.m) varía inversamente con la relación de los diámetros de los rodetes.

32 3 2 Expresada la ley numero 6 en forma de ecuación nos queda: a).- b).- c).-