PDVSA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS PDVSA N° MDP–05–F–04 0 NOV.95 REV. FECHA APROB. E1994 TITULO SISTEMAS DE TIRO FORZADO 25 DESCRIPCION FECHA PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHA ESPECIALISTAS MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 1 Indice norma Indice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 CONSIDERACIONES BASICAS DEL DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Quemadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ductos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ventilador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Control de ruido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Control del flujo del aire de combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Medición del flujo de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 6 9 9 10 11 5 PROCEDIMIENTOS DE CALCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 7 APENDICES Tabla 1 Figura 1 Figura 2 Figura Figura Figura Figura Figura 3.A 3.B 4 5 6 Información para la especificación de diseño del ventilador y el ducto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de tiro forzado típico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Curvas características típicas para ventiladores de tiro forzado con curva re–graficada del sistema de resistencia . . . . . . . . . . . . . Curvas psicrométricas (unidades SI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Curvas psicrométricas (unidades inglesas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Velocidad del aire contra cabezal dinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cambio de la densidad del aire con la altitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pérdidas de presión en codos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 19 20 21 22 23 24 25 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal 1 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 2 Indice norma OBJETIVO Presentar información básica que pueda usarse en la evaluación de ofertas quemadores nuevos para hornos de proceso. Esta información cubre criterios de diseño que sean propietarios de PDVSA y sus filiales. El tema “Hornos”, dentro del area de “Transferencia de Calor”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los siguientes documentos: PDVSA–MDP– Descripción de Documento 05–F–01 Hornos: Principios Básicos. 05–F–02 Hornos: Consideraciones de diseño. 05–F–03 05–F–04 Hornos: Quemadores. Hornos: Sistemas de tiro forzado (Este documento). 05–F–05 Hornos: Precalentadores de aire. 05–F–06 Hornos: Generadores de gas inerte. 05–F–07 Hornos:Incineradores. Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Hornos”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualización de la Práctica de Diseño “HORNOS”, presentada en la versión de Junio de 1986 del MDP (Sección 8). 2 ALCANCE Esta subsección cubre el ventilador, el ducto y la instrumentación requerida para el sistema de quemador de tiro forzado. Los requerimientos adicionales para sistemas, que contienen precalentadores de aire son cubiertos en el documento PDVSA–MDP–05–F–05. 3 REFERENCIAS Manual de Diseño de Proceso (versión 1986) S Vol VII y VIII, Sección 12 “Instrumentación” S Vol VIII y IX, Sección 15 “Seguridad en el diseño de plantas” Manual de Ingeniería de Diseño S PDVSA–MID–B–201–PR “Hornos de fuego directo” S PDVSA–MID–GB–205 “Ventiladores centrífugos” S PDVSA–MID–GB–206 “Sopladores de uso general” S PDVSA–MID–K–337: “ Furnace instrumentation “ MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal PDVSA MDP–05–F–04 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 3 Indice volumen Indice norma S PDVSA–MID–L–TP–2.7 “Hornos de proceso: Requisición, análisis de ofertas y detalles de compra” S PDVSA–MID–SN–252: “Control de ruidos en equipos” S PDVSA–MID–SN–291: “Control de ruidos de plantas: filosofia de diseño” Manual de Ingeniería de Riesgo S PDVSA–IR–P–01 “Sistema de paradas de despresurizacion y venteo de equipos y plantas” emergencia, bloqueo, Manual de Inspección S PDVSA–PI–12–12–01: “ Control de ruido” Otras Referencias S Fan Engineering, R. Jorgensen, Editor, Buffalo Forge Company, Buffalo, N.Y. (1961) S Plant Energy Systems, McGraw–Hill Book Company, N.Y. (1967) (Capítulo sobre Ventiladores) 4 CONSIDERACIONES BASICAS DEL DISEÑO La Tabla 1 lista la información necesaria del ventilador y ducto en la forma que debe ser presentada en la sección del horno sobre la especificación según el diseño. Esta incluye los requerimientos no cubiertos por los siguientes documentos: S PDVSA–MID–B–201–PR “Hornos de fuego directo” S PDVSA–MID–GB–205 “Ventiladores centrífugos” S PDVSA–MID–GB–206 “Sopladores de uso general” La seguridad requerida y la instrumentación de control deben presentarse en el diagrama de flujo de especificación del diseño. Cualquier conexión de instrumentos debe mostrarse en la gráfica del horno, de tal manera de ubicar apropiadamente estas conexiones. 4.1 Quemadores La selección y el arreglo de los quemadores de tiro forzado están cubiertos en los documentos PDVSA–MDP–05–F–02 / 03. Cuando se dimensione el ventilador y el ducto, el diseñador debe saber la presión de aire requerida a la entrada delquemador para flujo normal y máximo. 4.2 Ductos El aire es conducido desde la atmósfera al ventilador y desde el ventilador a los quemadores de tiro forzado. La Figura 1. muestra un sistema típico del ducto. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal 4.2.1 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Indice volumen Página 4 Indice norma Arreglo del ducto El ducto debe localizarse de forma que: 1. Los quemadores puedan removerse. 2. Las rutas de escape del personal estén disponibles. 3. Haya espacio suficiente para mantenimiento del equipo debajo del horno. Se recomienda el máximo uso de ductos subterráneos, para minimizar el área congestionada y facilitar el acceso para la operación y el mantenimiento. 4.2.2 Entrada del ventilador Para evitar daños potenciales de materiales extraños que entren al ventilador, el ducto de entrada del ventilador (o la entrada misma del ventilador, si no se usa ducto) debe estar cubierto por una malla de alambres separados cada 38 mm (1.5 pulg). No se deben usar mallas más finas en climas con invierno, ya que éstas tienden a congelarse durante el invierno o pueden taponarse con material fino. En el diseño se incluirá una tapa cónica contra la lluvia (Ver Tabla 1) para evitar que el agua entre al ventilador. 4.2.3 Descarga del ventilador El ducto desde la descarga del ventilador incluye (Ver Figura 1): 1. Ducto de alimentación – Conecta el escape del ventilador y el ducto de distribución. 2. Ducto interconector – Conecta el sistema de ductos de dos hornos. Este ducto permite operar dos hornos con un ventilador común. 3. Ducto de distribución – Es un colector el cual debe ser di mensionado para asegurar igual flujo de aire a todos los quemadores. 4. Ducto ascendente – Conecta los quemadores con el ducto de distribución. 4.2.4 Construcción Los ductos por encima del piso deben estar construidos de acero al carbón de por lo menos 5 mm (3/16 pulg) de espesor y reforzados para minimizar vibraciones. 4.2.5 Compuertas Se debe instalar una compuerta de aislamiento en el ducto interconector entre los dos hornos (aun si ambos hornos están en una caja común, como por ejemplo, termoreactores (Powerformers)). El diseñador debe incluir este punto en las especificaciones. Las siguientes compuertas deben ser instaladas en el ducto: 1. Compuertas de cierre hermético en cada quemador, aguas arriba de la brida del quemador y que sea operable localmente. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 5 Indice norma 2. Compuerta de cierre hermético en la descarga del ventilador. 3. Si dos o más ventiladores descargan en un ducto común, cada ventilador debe estar provisto con una compuerta automática que evite el flujo reverso a través del ventilador cuando esté fuera de operación (igual que una válvula de no retorno). Esta compuerta automática no es necesaria si se instala una compuerta aislante entre el ducto que conecta los dos ventiladores. 4.2.6 Tamaño del ducto El tamaño del ducto (área de la sección transversal) para un flujo de aire específico, es fijado por la velocidad del aire según diseño. Una velocidad baja resultará en un ducto excesivamente grande y costoso. Por otro lado, una velocidad de diseño muy alta resultará en una caída de presión elevada y un alto costo de energía. Una velocidad del aire según el diseño en ductos alimentadores e interconectores de 12 m/s (40pie/s) ha resultado en un tamaño de ducto y caída de presión razonables. El uso de velocidades mayores no es recomendable a no ser de que se justifique mediante un estudio económico. La velocidad del aire en el ducto de distribución – y en los ductos ascendentes, si ellos alimentan más de un quemador (Ver Figura 1) – deben ser lo suficientemente baja para asegurar el mismo flujo de aire a todos los quemadores. Esta velocidad puede ser menor que la óptima recomendada anteriormente (12 m/s (40 pie/s)). El flujo uniforme de aire a los quemadores del ducto de distribución se asegura limitando la velocidad de tal manera que el cabezal dinámico (presión de velocidad) en este ducto sea menor que 5% de la presión estática requerida en el registro del quemador a flujo normal. El ducto que alimenta al quemador debe ser del mismo tamaño que el registro del quemador. 4.2.7 Caída de presión La caída de presión en el ducto debe ser calculada antes que los requerimientos finales del diseño del ventilador sean establecidos. Debido a que el arreglo y tamaño final del ducto son generalmente establecidos por el contratista, los cálculos de caída de presión son normalmente elaborados también por el contratista durante la ingeniería de detalles y son revisados por el grupo de ingeniería de la filial propietaria. Los procedimientos para el cálculo de caída de presión del ducto están dados en el punto sobre Procedimiento de cálculos. La caída de presión calculada en ductos de distribución y ductos ascendentes debe basarse en flujo de aire normal (combustible quemado de diseño en el horno según el exceso de aire también de diseño dividido por el número total de quemadores). MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal 4.3 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 6 Indice norma Ventilador El ventilador es el elemento clave en el sistema de tiro forzado. Debido a que los ventiladores normalmente no tienen equipo de respaldo, la falla de un ventilador resulta en la parada del horno en una instalación sencilla, o en reducción de la carga de la unidad si se usa más de un ventilador para proveer el aire de combustión. Los fabricantes raras veces garantizan una combinación ventilador/motor para un tiempo de operación consistente con la corrida deseada del horno, la cual puede ser tan larga como de 3 a 4 años. Por lo tanto, para proveer una combinación ventilador/motor para la corrida deseada, se deben especificar cuidadosamente lineamientos críticos de dichos equipos, tales como cojinetes y lubricación. En el PDVSA–MID–GB–205, se definen estos requerimientos de diseño. Además de la confiabilidad, el ventilador debe calcularse apropiadamente para suministrar el flujo de aire según la presión requerida por los quemadores. 4.3.1 Número de ventiladores Los ventiladores normalmente no tienen equipo de respaldo. Un ventilador por horno es suficiente, excepto para unidades críicas, tales como hornos atmosféricos, donde la parada del horno implica necesariamente la parada de las unidades instaladas aguas abajo. En estas unidades críicas se debe proveer dos ventiladores, cada uno dimensionado para 50% del flujo de aire normal. Con uno de los dos ventiladores en operación, el horno puede operar a 85% de la capacidad de diseño, debido al margen de flexibilidad incorporado en el criterio dimensional del ventilador, y debido a que un solo ventilador operará a un cabezal más bajo sobre su curva característica. En unidades no críticas, el uso de más de un ventilador por horno es algunas veces deseable, como por ejemplo, cuando tales ventiladores son respaldo de los ventiladores de otros hornos, minimizando de esta forma los requerimientos de repuestos. 4.3.2 Especificación del ventilador La especificación de un ventilador para cumplir con los requerimientos discutidos anteriormente tiene dos partes: 1. Requerimientos generales para ventiladores de tiro forzado – Casi todos estos requerimientos generales del ventilador están cubiertos en PDVSA–MID–GB–205 / 206 y no deben repetirse en la Especificación del Diseño (Simplemente debe anexarse estos documentos). Aquellos requerimientos no cubiertos por los documentos del manual de ingeniería de diseño, se presentan en la Tabla 1. 2. Criterios para dimensionar el ventilador – Para dimensionar un ventilador, se debe especificar su punto nominal. El punto nominal y la MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 7 Indice norma información necesaria para definirlo cuantitativamente se discute más adelante. 4.3.3 Curvas del ventilador La Figura 2 muestra el cabezal estático contra las características del flujo para una velocidad constante típica, de un ventilador centrífugo con aletas curveadas hacia atrás (“backward curved blades”). Estas aletas se especifican con preferencia sobre las aletas en sentido directo (“straight or forward curved blades”), debido a que la eficiencia pico de un ventilador con aletas curveadas retraídas ocurre muy cerca del punto de máximo consumo de electricidad del ventilador; de esta manera, se minimiza la potencia del motor. Como puede verse en la Figura 2, el ventilador tiene una curva característica separada por cada posición variable de las paletas guías de entrada, las cuales se usan para controlar el flujo de aire. En esta Figura también se muestra lo siguiente: 1. Curva de resistencia del sistema – Esta curva muestra el cabezal del ventilador necesario para vencer la caída de presión del sistema a un flujo de aire dado. La caída de presión del sistema incluye la presión para forzar el aire a través de los quemadores (Ver PDVSA–MDP–05–F–03), las pérdidas de presión del ducto y las pérdidas en cualquier regulador de tiro o medidores de flujo. Por lo tanto, la curva de resistencia del sistema es la línea de operación del ventilador. Cualquier incremento en la contrapresión, tal como resulta si se le cierra el registro a un quemador, mueve hacia arriba esta curva. La curva de resistencia del sistema es también mayor cuando el horno opera con algunos quemadores apagados, aun cuando el aire total es constante. La línea de operación (curva de resistencia del sistema) está definida por: H + Hn ǒ Ǔ F 2v 2 + RF v F 2vn Ec. (1) donde: ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Fv Fvn H Hn R = Flujo volumétrico = Flujo volumétrico para flujo de combustible normal = Cabezal estático según Fv = Cabezal estático para flujo de combustible normal = Resistencia del sistema = Hn /(Fvn)2 En unidades SI dm3/s dm3/s En unidades inglesas pie3/min pie3/min kPa kPa pulg de agua pulg de agua MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 8 Indice norma NOTA: Use la temperatura de verano y la humedad, y corrija por la altitud (de ser necesario) para definir la línea de operación. 2. Puntos de operación del ventilador – Estos son las intersecciones de la curva de resistencia del sistema con las curvas características del ventilador. 3. Punto nominal del ventilador – Este no es un punto real de operación, pero incluye los márgenes de flujo y cabezal definidos más adelante. Estos márgenes son necesarios para proveer un factor de seguridad sobre el horno y el sistema, y para asegurar que el ventilador no está operando normalmente con sus aletas completamente abiertas (es decir, sin control). 4. Estabilidad del ventilador – La operación del ventilador es inestable cerca y al lado izquierdo de los picos de las curvas características. En esta región inestable, cualquier reducción en el flujo de aire (lo cual resulta si se cierra el registro del quemador) reduce el cabezal del ventilador, lo cual produce otra reducción en el flujo de aire. Para asegurar una operación estable, el cabezal estático debe mostrar un aumento continuo de flujo de aire, desde el nominal hasta un 60% por arriba del mismo. Esto es requerido por PDVSA–MID–GB–205. 4.3.4 Tamaño Para proveer un tamaño apropiado del ventilador, se debe definir el punto nominal del ventilador (Ver Figura 2). En este punto nominal, el ventilador debe proveer lo siguiente: 1. 115% del flujo de aire (flujo másico) necesario para el diseño de quemado del horno y el exceso de aire. 2. 115% del cabezal estático requerido para vencer la suma de la caída de presión del ducto más la caída necesaria de presión en el quemador para la máxima cantidad de combustible quemado. El ventilador debe ser dimensionado en base a la temperatura del aire en verano y la humedad relativa dependiendo de la altura de la instalación. No se necesita corrección por altitud a menos que la instalación esté a 300m (1000 pie) o más por encima del nivel del mar. Los cálculos necesarios para establecer el punto nominal normalmente son elaborados por el vendedor del horno, usando la información suministrada en la Especificación de Diseño (Tabla 1). Ver los procedimientos de cálculos más adelante. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal 4.4 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 9 Indice norma Control de ruido La emisión del ruido del ventilador y del ducto deben cumplir con los criterios de conservación definidos en el documento PDVSA–MID–SN–252, “Control de ruido en equipos”. Para asegurar que estos criterios de ruido se cumplan, al sistema ventilador/ducto se le deben incorporar los siguientes lineamientos (Tabla 1): 4.4.1 Elevación La entrada al ventilador debe estar 4.6 m (15 pie) por encima de la primera plataforma del horno. 4.4.2 Aislamiento El ducto y casco del ventilador deben ser cubiertos con, por lo menos, 50 mm (2 pulg) de aislamiento fundible (densidad entre1280–1600 kg/m3) (80 a 100 lb/pie3). Además de cumplir con los criterios de conservación de ruido, la contribución del ruido del sistema ventilador/ducto debe ser consistente con el criterio de ruido de la comunidad para una instalación en particular. 4.5 Seguridad Los hornos equipados con sistemas de tiro forzado requieren ciertos lineamientos de seguridad adicionales en comparación a los hornos de tiro natural, y se resumen a continuación: 4.5.1 Pérdida de aire de combustión El combustible principal y el combustible piloto deben cerrarse automáticamente y debe sonar una alarma en caso de que el flujo de aire esté bloqueado o en caso de que el ventilador falle. Esto puede llevarse a cabo por una de las siguientes causas (en orden de preferencia): 1. Interrupción por bajo flujo, si está siendo medido el aire de combustión. 2. Interruptor de presión diferencial a través de la entrada y descarga de los ventiladores, fuera de cualquier estrangulamiento o dispositivo de cierre. 3. Interruptor de presión diferencial a través de los quemadores. 4.5.2 Sobrepresión del horno La presión máxima interna que puede soportar un horno sin daños en su estructura es de 1.25 kPa (5 pulg H2O). Debido a que el ventilador es capaz de liberar presiones mayores, el horno debe estar protegido de la sobrepresión, la cual puede resultar si la salida del horno estuviera bloqueada. Se deben tomar en cuenta los siguientes lineamientos para evitar sobrepresión: 1. Alarma por alta presión, suena cuando la presión del horno llega a ser positiva, es decir 0.025 kPa (0.1 pulg de agua). MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 10 Indice norma 2. Compuertas o reguladores parciales en el ducto del gas de combustión. Estas compuertas deben ser dimensionadas para proveer una caída máxima de presión de 1.25 kPa (5 pulg de agua) en la posición totalmente cerrada con flujo de aire normal. Si estos reguladores resultan poco prácticos (por ejemplo, cuando se usa precalentador de aire), se debe instalar un dispositivo de alivio para asegurar que la presión del horno no se exceda de 1.25 kPa (5 pulg H2O). En el documento se discute el dimensionamiento de las PDVSA–MDP–05–F–05 ventanillas de alivio de presión. 4.5.3 Parada del horno Los ventiladores deben continuar en operación cuando se paraliza el horno por medio de equipos de seguridad, tales como los pilotos de gas PLCO. 4.6 Control del flujo del aire de combustión Para proveer el exceso de aire apropiado a diferentes cargas del horno, se debe ajustar el flujo de aire a los quemadores. Para controlar el flujo de aire en el ventilador, se prefieren las aletas guías de posición variable (“Variable position Inlet guide vanes”). Cuando las aletas de entrada están cerradas, el aire que entra recibe un giro en la dirección de la rotación del ventilador. Este giro resulta en un cabezal estático y consumo de potencia (horsepower, HP) reducido para un flujo de aire dado (Ver Figura 2). Otros métodos para controlar el flujo de aire, tales como variando la velocidad del ventilador o usando un regulador variable en la descarga del ventilador generalmente no se usan. El estrangulamiento de la descarga del ventilador incrementa la curva de resistencia del sistema (Ver Figura 2), requiriéndose mayor energía para el mismo flujo de aire y la misma presión de descarga (aguas abajo del regulador de estrangulamiento). Para variar la velocidad del ventilador se requiere un motor de velocidad variable, el cual es mucho más costoso que las aletas de control en la entrada. Aun cuando el estudio económico determine el uso de una turbina, la cual escapaz de operar con velocidades variables, es preferible utilizar la turbina con velocidad constante en combinación con las aletas de control, ya que esto resulta en un sistema menos complicado. La posición de las aletas guías en la entrada pueden ser controladas por: 1. Un Posicionador manual local, tal como un volante manual. 2. Un Posicionador hidráulico o neumático controlado desde la sala de control. Este método es preferible cuando la indicación del analizador de oxígeno está instalada en la sala de control. Usando la indicación de oxígeno como guía, el panelista ajusta la posición de acuerdo al exceso de oxígeno deseado. Debido a que la presión en la caja del quemador es una medida del flujo de aire al quemador (Ver documento MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 11 Indice norma PDVSA–MDP–05–F–05), ésta se puede usar como referencia para verificar el flujo de aire al horno instalando un indicador de presión en la sala de control. 3. Un Sistema de control automático, que fije el flujo de aire como una función del combustible que se quema para mantener un nivel de exceso de aire previamente fijado. El control automático debe ser usado sólo cuando condiciones especiales así lo requieran. 4.7 Medición del flujo de aire Normalmente, no se provee ninguna forma de medir el flujo de aire. En caso de que requerimientos especiales, tales como control automático aire/combustible, determinen que se debe medir el flujo de aire, un venturi en la entrada del ventilador es el dispositivo más práctico para este propósito. El venturi también puede ser instalado en la descarga del ventilador, como es el caso de los ductos subterráneos, tomando en cuenta que haya suficiente longitud recta entre la salida del ventilador y la entrada del venturi para buenas mediciones. Las placas de orificio requieren demasiada caída de presión comparadas con el venturi, y por lo tanto, un ventilador más grande. Los tubos Pitot requieren una mayor velocidad de aire que la disponible en los ductos a fin de lograr mediciones confiables. Debido a que el flujo de aire debe ser medido sólo en situaciones especiales, los detalles para especificar el sistema de medición no son cubiertos en esta Práctica de Diseño. 5 PROCEDIMIENTOS DE CALCULO Flujo requerido de aire seco a una cantidad dada de combustible W a + F g (FG – 1) Ec. (2a) donde: ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ǒ Ǔ Wa = Flujo másico del aire, Fg FG = Combustible total requerido = Masa de gas de combustión/masa de combustible (Figuras 22A/B, PDVSA–MDP–05–F–01) En unidades SI kg/s de aire seco kg/s kg/kg W a + F 47 Qf 100 ) EA 100 En unidades inglesas lb/h de aire seco lb/h lb/lb Ec. (2b) MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 12 Indice norma ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ donde: Qf EA F47 = Calor liberado (PCI) = Porcentaje de exceso de aire = Factor cuyo valor depende de la unidades usadas En unidades SI MW % 0.344 En unidades inglesas BTU/h % 0.0008 Flujo volumétrico del aire a condiciones ambientales específicas Dado: Temperatura, humedad relativa y flujo másico del aire seco Encontrar: Flujo volumétrico, Fv De la gráfica psicrométrica (Figura 3) determine v = volumen específico en m3/kg aire seco (pie3/lb aire seco). Fv + v Wa F 48 Ec. (3) donde: ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Qf F48 = Calor liberado (PCI) = Factor cuyo valor depende de la unidades usadas En unidades SI MW 10–3 En unidades inglesas BTU/h 60 Corrección de flujo volumétrico por altitud (F v)corr + 1.0 (F v) nivel del mar Sa Ec. (4) ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ donde: Sa = Densidad relativa del aire a la altitud deseada (Figura 5) En unidades SI MW En unidades inglesas BTU/h Si la altitud es menor de 300 m (1000 pie) por encima del nivel del mar, esta corrección se puede omitir. Velocidad del aire en ductos de distribución Ver Figura 1 para la definición de ductos de distribución. Si un ducto ascendente alimenta dos o más quemadores, se puede considerar como un ducto de distribución. El cabezal de velocidad no debe exceder del 5% de la presión de aire requerida en la entrada del quemador. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 13 Indice volumen Indice norma Ejemplo: Presión del quemador = 3.0 kPa (12 pulg de agua) Velocidad por Presión = 0.15 kPa (0.6 pulg de agua) De la Figura 4, la velocidad del aire = 15.8 m/s (52 pie/s). Sin embargo, el flujo de aire en el ducto no debe exceder los 12 m/s (40 pie/s). Por lo tanto, se debe usar el valor de 12 m/s (40 pie/s) para los cálculos de caída de presión. NOTA: En este cálculo se pueden omitir los efectos de temperatura y altitud sobre la densidad del aire. Pérdidas de presión en ductos rectos Se puede usar una velocidad de aire de 12 m/s (40 pie/s) para todos los ductos excepto para los ductos de distribución. Calcule la caída de presión usando las correlaciones normales de flujo de fluidos. Ver PDVSA–MDP–(Pendiente: consultar MDP versión 1986, Sección 14). Para la caída de presión en un ducto de área transversal rectangular, el diámetro equivalente dc = (2 x y/( x + y )), donde x, y son las dimensiones de los lados del rectángulo. Otras pérdidas de presión de ductos Codos, tuberías en forma de t y cambios en el area de flujo – Use el siguiente procedimiento: d c + ǒ2 x yń(x ) y)Ǔ Ec. (9) ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ donde: dc = x y = = Diámetro hidráulico equivalente (para un ducto circular con la misma pérdida de fricción) Profundidad del ducto Ancho del ducto En unidades SI m En unidades inglesas pie m m pie pie 1. Pérdidas por fricción a través de la compuerta (“Damper”) – Con la compuerta completamente abierta DP3 + 0.025 kPa ó DP3 + 0.10 pulg de agua Ec. (5) 2. Pérdidas adicionales – Estas caídas de presión dependen del arreglo del ducto y de la chimenea. Ellas incluyen expansiones y contracciones repentinas, codos e intersecciones de corrientes de gases de combustión. La suma de estas pérdidas adicionales se designa como ∆P4. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA MDP–05–F–04 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO PDVSA .Menú Principal Indice manual a. REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 14 Indice volumen Indice norma Expansión Repentina DP e + F 29 ǒV1– V2Ǔ2 ǒT g ) Ec. (6) F 18Ǔ donde: ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ DPe = V1 = V2 = Tg = F18 = F29 = Pérdida de presión debido a una expansión repentina Velocidad de los gases de combustión aguas arriba de la expansión Velocidad de los gases de combustión aguas abajo de la expansión Temperatura de los gases de combustión en el punto en cuestión Factor cuyo valor depende de las unidades usadas Factor cuyo valor depende de las unidades usadas b. En unidades SI kPa En unidades inglesas pulg de agua m/s pie/s m/s pie/s °C °F 273.15 459.6 0.176 0.1186 Contracción Repentina DP c + F 29 K1 V 22 ǒT g ) Ec. (7) F 18Ǔ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ donde: DPc = K1 = A2/A1 K1 A2 A1 = = En unidades SI En unidades inglesas kPa pulg de agua Pérdida de presión debido a una contracción repentina Coeficiente para la pérdida de contracción (Ver MDP versión 1986, Sección 14); utilice un valor de la siguiente tabla 0.0 0.5 0.2 0.42 Areas aguas abajo Areas aguas arriba 0.4 0.34 0.6 0.25 0.8 0.15 m2 m2 1.0 0.0 pie2 pie2 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 15 Indice norma c. Codos – Las pérdidas en codos son detalladas en la Figura 6. Para sistemas donde la altura de la chimenea es determinada por los requerimientos de tiro del horno, asuma el uso de codos angulares (miter bend) con placas deflectoras. Estas placas deben incluirse en la especificación de diseño. Para sistemas donde la altura de la chimenea es fijada por requerimientos locales (por ejemplo, control de contaminación), es decir, que el tiro disponible excede el tiro requerido, asuma el uso de codos redondeados con Rt/x = 0.5 y sin usar placas deflectoras. d. Intersecciones – Las intersecciones típicas de las corrientes de gases de combustión se muestran en la Figura 12, del documento PDVSA–MDP–05–F–02. Estas pérdidas son adicionales a las pérdidas de codos normales, expansiones y contracciones. Silenciadores – Si se usan silenciadores, obtenga los datos de pérdidas de presión del fabricante. Estimación de la potencia del motor Utilizando la Ecuación (8) se puede estimar la potencia del motor en forma aproximada, la cual es de gran utilidad para determinar el consumo de servicios: P+ ǒ F 49 (F v)corr HM N Ǔ Ec. (8) donde: ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ P (Fv)corr H M N F49 = = = = = Consumo eléctrico aproximado Flujo de aire (de la Ecuación 4)) Cabezal estático del ventilador Factor de carga; use 1.05 Eficiencia estática del ventilador; use 0.70 = Factor cuyo valor depende de la unidades usadas En unidades SI KW dm3/s kPa En unidades inglesas HP pie3/min pulg de agua 9.96x10 –4 1.576x10 –4 La Ecuación (8) puede ser utilizada para estimar el tamaño del motor usando el flujo de aire y el cabezal estático en el punto nominal del ventilador. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO PDVSA .Menú Principal 6 PDVSA MDP–05–F–04 Indice manual REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 16 Indice volumen Indice norma NOMENCLATURA ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ En unidades SI A A1 A2 dc = = = = Area superficial total o área de flujo Areas aguas arriba Areas aguas abajo Diámetro hidráulico equivalente (para un ducto circular con la misma pérdida de fricción) Porcentaje exceso de aire Combustible total requerido Factores cuyo valor depende de las unidades usadas Flujo volumétrico de aire Flujo volumétrico de aire a carga normal masa de gas de combustión/unidad de masa de combustible EA Fg Fi = = = Fv Fvn = = FG = H = Cabezal estático Hn = Cabezal estático a carga normal K1 = M N P Qf = = = = Coeficiente para la pérdida de contracción (Ver MDP versión 1986, Sección 14) Factor de carga del motor Eficiencia estática del ventilador Potencia aproximadad del motor Calor quemado (PCI) R = Resistencia del sistema=Hn/(Fvn) Sa = Tg = v = Gravedad específica del aire a la altitud en cuestión Temperatura de los gases de combustión en el punto en cuestión Volumen específico En unidades inglesas m2/m m2 m2 m pie2/pie pie2 pie2 pie kg/s lb/h dm3/s dm3/s pie3/min pie3/min kg. gas de combustión/ kg combustible kPa lb de gas de combustión/ lb de combustible pulg. de agua pulg. de agua kPa adimensional adimensional kW HP MW BTU/h pulg de agua kPa/(dm3/s)2 ǒpie 3ńminǓ °C °F m3/kg aire seco pie3/lb de aire seco MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA MDP–05–F–04 TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO PDVSA .Menú Principal Indice manual REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 17 Indice volumen Indice norma ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ V1 = V2 = Wa = x y DPc = = = DPe = Velocidad de los gases de combustión aguas arriba de la expansión Velocidad de los gases de combustión aguas abajo de la expansión Flujo másico del aire Profundidad del ducto Ancho del ducto Pérdida de presión debido a una contracción repentina Pérdida de presión debido a una expansión repentina m/s pie/s m/s pie/s kg/s de aire seco m m kPa lb/h de aire seco pie pie pulg de agua pulg de agua kPa FACTORES QUE DEPENDEN DE LAS UNIDADES USADAS F18 F29 F47 F48 F49 7 = = = = = Ec. Ec. Ec. Ec. Ec. (6) (6) (2b) (3) (8) En unidades SI 273.15 0.176 0.344 10–3 9.96x10 –4 En unidades inglesas 459.6 0.1186 0.0008 60 1.576x10 –4 APENDICES Tabla 1 Figura 1 Figura 2 Figura Figura Figura Figura Figura 3.A 3.B 4 5 6 Información para la especificación de diseño del ventilador y el ducto Sistema de tiro forzado típico Curvas características típicas para ventiladores de tiro forzado con curva re–graficada del sistema de resistencia Curvas psicrométricas (unidades SI) Curvas psicrométricas (unidades inglesas) Velocidad del aire contra cabezal dinámico Cambio de la densidad del aire con la altitud Pérdidas de presión en codos MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Indice volumen Página 18 Indice norma TABLA 1. INFORMACION PARA LA ESPECIFICACION DE DISEÑO DEL VENTILADOR Y EL DUCTO VENTILADOR Designación: C– _____________________ Flujo normal de aire: _________________ kg/s (lb/h) de aire seco (Flujo de aire a carga normal del horno) Presión del aire a la entrada del quemador a flujo normal de aire: ___________kPa (pulg de agua) Condiciones ambientales para el diseño: Altitud: _______________m (pie) por encima del nivel del mar (para altitudes menores de 300 m (1000 pie), utilice el nivel del mar) Condiciones ambientales: (Use los valores presentados en las bases de diseño) Verano Invierno Temperatura, °C (°F)_______________ Humedad relativa, %_______________ Control de flujo de aire: Paletas guías de entrada variable (“Variable inlet guide vanes”) (se debe especificar el tipo de posicionador) Tipo de Motor: Velocidad constante (motor eléctrico o turbina de vapor) Paletas: Curveadas hacia atrás, sin sobrecarga Sellos del ventilador: Estándar del frabricante; las fugas deben tomarse en cuenta cuando se dimensiona el ventilador Punto nominal del ventilador – El flujo de aire debe ser de 115% el flujo normal y accesible a través del rango de las condiciones ambientales a una altitud local. Se debe añadir la concesión de fugas del ventilador o del ducto. – El cabezal estático debe ser 115% de la suma de (1) + (2), más abajo: (1) Presión de aire en la brida de entrada al quemador kPa (pulg de agua) (El valor que debe usarse es la presión del registro a carga máxima, consultar PDVSA–MDP–05–F–03) (2) Las pérdidas de presión calculadas a la entrada y salida del ducto basadas en flujo de aire normal y en arreglo final del ducto. Curvas de resistencia del sistema: Esta curva debe ser regraficada en base a las curvas características del ventilador. La resistencia del sistema se debe calcular basada en flujo normal de aire ypresión de aire a la entrada del quemador y pérdidas en el ducto a carga normal. DUCTO DE AIRE El ducto, siempre que sea posible, debe ser subterraneo La velocidad del aire en el ducto no debe exceder los 12 m/s (40 pie/s) Los ductos subterráneos deben ser: (1) Construidos de acero al carbón de por lo menos 5 mm (3/16 pulg) de espesor (2) Reforzado por rigidez. (3) Revestido externamente con por lo menos 50 mm (2 pulg) de aislamiento de 1300 a 1600 kg/m3 (80 a 100 lb/pie3) La entrada del ducto deben ser: (1) Elevada a 4.6 m (15 pie) por encima de la primera plataforma del horno (2) Provista con un protector contra lluvia En ductos de interconexión entre hornos se requieren reguladores de tiro con aislamiento. Los cálculos del arreglo final del ducto y la caída de presión deben ser suministrados para laaprobación del ingeniero propietario. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen Fig 1. SISTEMA DE TIRO FORZADO TIPICO PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 19 Indice norma MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 20 Indice norma Fig 2. CURVAS CARACTERISTICAS TIPICAS PARA VENTILADORES DE TIRO FORZADO CON CURVA RE–GRAFICADA DEL SISTEMA DE RESISTENCIA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen Fig 3.A. CURVAS PSICROMETRICA (UNIDADES SI) PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 21 Indice norma MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 22 Indice norma Fig 3.B. CURVAS PSICROMETRICA (UNIDADES INGLESAS) Fig 3. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 23 Indice norma Fig 4. VELOCIDAD DEL AIRE CONTRA CABEZAL DINAMICO MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 24 Indice norma Fig 5. CAMBIO DE LA DENSIDAD DEL AIRE CON LA ALTITUD* MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PDVSA .Menú Principal TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS SISTEMAS DE TIRO FORZADO Indice manual Indice volumen Fig 6. PERDIDAS DE PRESION EN CODOS PDVSA MDP–05–F–04 REVISION FECHA 0 NOV.95 Página 25 Indice norma
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