PRESENTA: JULIO BAUTISTA BAUTISTA SÁNCHEZ FIDELMAR VIDAL GARCÍA 4.2. DISEÑO DE LOS GENERADORES DE VAPOR
ATEMPERADOR:
Los atemperadores, también conocidos como desobrecalentadores, son boquillas atomizadoras en los tubos de la caldera entre los sobrecalentadores. Estas boquillas atomizadoras suministran un fina niebla de agua pura en el camino del flujo del vapor para prevenir el daño del tubo por sobrecalentamiento. Los Atemperadores son provistos tanto para los sobrecalentadores como para los recalentadores. CONSISTENCIA DEL ATEMPERADOR
El mismo consiste en una boquilla que atomiza el agua en el seno de la corriente del vapor al cual se le quiere disminuir la temperatura; el caudal de agua para suministrar al sistema se regula a través de una válvula de control automático que se coloca a la entrada de la boquilla y teniendo en cuenta la temperatura que se desea alcanzar; el agua atomizada en el seno del vapor debe permanecer en suspensión el tiempo necesario para su evaporación, por lo que las gotas deben ser de un tamaño pequeño y la velocidad y turbulencia del vapor deben tener la energía suficiente para evitar el depósito de las mismas en las paredes de la tubería.
Figura 1. Esquema de funcionamiento de la caldera de vapor industrial ECO: Economizador PRECAL: Precalentador SBC1: Sobrecalentador 1 SBC2: Sobrecalentador 2
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DEL ATEMPERADOR DE BOQUILLA FIJA: •
VELOCIDAD DEL VAPOR DENTRO DE LA CAMISA:
El diámetro de la camisa debe ser elegido de tal forma que la velocidad del vapor tenga un valor suficiente para evitar la deposición de las gotas de agua. El material de la camisa puede ser de acero al carbono. •
LONGITUD DE LA CAMISA.
Esta debe ser lo suficientemente larga que permita la evaporación al menos de un 65 % del agua atomizada. •
LA CANTIDAD DE AGUA PARA EVAPORAR.
Depende de las propiedades termodinámicas del vapor y del agua, así como del flujo vapor que se dispone antes del inyector, de los diámetros de tubería y del volumen específico del vapor. •
LAS DIMENSIONES DE LA BOQUILLA.
Se requiere conocer el flujo de agua necesario para obtener las condiciones del vapor deseadas, la presión del agua, su temperatura, la presión del vapor y su peso específico.
Procedimiento de cálculos
Se conoció que la temperatura de entrada del vapor al pre-evaporador es de aproximadamente 180 °C, y se desea que por problemas tecnológicos sea de 133 °C aproximadamente, además, se sabe que el flujo de vapor que circula por la tubería es de aproximadamente 40 000 kg/h. Cálculo del flujo de agua X = Q1·( H 1- H 2) / (H 2 - H a)
X: flujo de agua para evaporar; Q1: cantidad de vapor antes del atemperamiento = 40 000 kg/h; H1: entalpia del vapor sobrecalentado = 677,91 kcal/kg; H2: entalpia del vapor a la salida del atemperador=655,32 kcal/kg; Ha: entalpia del agua utilizada en el atemperamiento = 95 kcal/kg. Sustituyendo: X = 1 612 kg/ h
= 0,45 kg/s
Cálculo del diámetro de la camisa D = 2 [(Q1· Ve)/ (V ·∏)]0,5
Ve: volumen específico del vapor = 0,730 5 m3/kg; V: velocidad del vapor por dentro de la camisa = 30,48 m/s; ∏: constante = 3,14159; Q1 = flujo de vapor por la camisa = 11,11 kg / s; Sustituyendo: D = 0,582 m.
Cálculo del diámetro de la boquilla
Para realizar los cálculos de diseño de la boquilla es necesario tener los siguientes datos: Flujo de agua para inyectar en la tubería X = 0,45 kg/s. Presión del agua P = 13,4 kg/cm 2. Presión del vapor PV = 1,4 kg/cm 2. Temperatura del agua T = 95 °C. Peso específico del agua K = 961,92 kg/m 3. Tomamos para calcular una presión adecuada: P´= P - PV = 12 kg/cm2. Esta es la presión máxima de la bomba de la cual se toma el agua. Para este diseño se asume una presión de bombeo de 2,04 kg/cm2. En este trabajo se encuentran algunos parámetros y coeficientes que fueron tomados de la gráfica siguiente:
El parámetro A que caracteriza la forma del spray se asume como 2, ya que con este valor los resultados y dimensiones que se obtienen son buenos. Teniendo este valor de A determinado por la figura se obtiene el coeficiente de contracción: E = 0,48 y el coeficiente de gasto del spray µ=0,3. Cálculo del área de salida de la boquilla S0 = Qa / m (2· g· P/K )0,5
donde: Qa = X / K = 4,7·10-4 m3/s
Por lo tanto, si sustituimos los valores dados anteriormente se obtiene que el valor de So = 2,42.10-5 m2, y de aquí el diámetro de la boquilla será de: D0 = 2(S0 / ∏)0,5
= 5,55 mm.
Cálculo del área de la entrada de agua al spray
Tomando una velocidad de entrada del agua al spray de 3,68 m/s y el flujo de agua que se determinó anteriormente, se obtiene que el área de flujo es S1 = 1,24·10-4 m2 y por tanto, el diámetro de entrada del agua al spray es de 12,77 mm. Conocidos estos parámetros estamos en condiciones de calcular el radio de rotación del agua en el interior del spray, el cual depende del parámetro A, S1, S0 y el radio de salida de la boquilla (Do/2). R = ( A· S1·(D0/ 2)) / S0
= 29 mm
Una vez que han sido determinados los parámetros de la boquilla para construir, la misma es de fácil maquinado en los talleres del central. Su utilización debe estar controlada por un lazo de control automático dadas las fluctuaciones que se pueden presentar en la temperatura de entrada del vapor al pre-evaporador y cuádruple efecto, tratando de mantener ésta en un rango de 125 a 133 °C.
