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INDICE
- 13384-1. 1.- CÁLCULO DE CHIMENEA DE EVACUACIÓN DE HUMOS SEGÚN LA NORMA EN
- 1.1.- DATOS DE PARTIDA.
- 1.2.- CAUDAL DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN.
- 1.3.- DENSIDAD MEDIA DE LOS HUMOS......................................................................
- 1.4.- TEMPERATURAS DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN.
- 1.5.- COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR.
- 1.6.- DIÁMETRO HIDRÁULICO.
- 1.7.- CAÍDA DE PRESIÓN POR RESISTENCIA AL MOVIMIENTO.
- 1.8.- TIRO NATURAL.
- 1.9.- VELOCIDAD MEDIA DE LOS HUMOS....................................................................
- 1.10.- CALOR ESPECÍFICO A PRESIÓN CONSTANTE DE LOS HUMOS.
- 1.11.- PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO.
- 1.12.- RESULTADOS PARA LAS CALDERAS DE 60 KW.
- 1.13.- RESULTADOS PARA LAS CALDERAS DE 45 KW.
1.- CÁLCULO DE CHIMENEA DE EVACUACIÓN DE HUMOS SEGÚN LA NORMA
EN 13384-1.
El cálculo de chimeneas para la evacuación de los humos de las calderas según la norma EN 13384-1.
1.1.- 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.
1.2.- CAUDAL DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN.
Se calcula mediante la expresión:
m PF e PC
P
PCI
donde:
m
PF Æ Poder fumígero del combustible, en Nm^3 / Nm^3.
PC Æ Poder comburívero del combustible, en Nm 3 / Nm^3.
η Æ Rendimiento total del generador, referido al PCI del combustible.
PCI Æ Poder Calorífico Inferior del combustible, en kJ/Nm 3.
P Æ Potencia térmica útil del generador, en kW.
e Æ Exceso de aire.
El exceso de aire se calcula a partir de la siguiente expresión:
e
CO
CO
= MAX − CC
2
donde:
f (^) E Æ Factor de enfriamiento. Se calcula mediante la expresión:
f
U S
C m
E
I
P
donde:
U Æ Coeficiente global de transmisión de calor de la pared de la chimenea, en W/m 2 K.
SI Æ Superficie interior de la chimenea, en m 2.
CP Æ Calor específico a presión constante de los humos, en m 2.
1.5.- 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
h
R
D
i D^ h
hi hx x
donde:
h (^) i es el coeficiente superficial interior, expresado en W/(m 2 K) y se calcula a partir de:
h
N
i D
h U hi
, en la que:
λH Æ Conductividad térmica de los humos, en W/(m K). Aproximadamente responde a la ecuación:
λ H = 0 023. + 8 5 10. ⋅ − 6 ⋅ ( THM − 273 )
Nu Æ Número de Nusselt, cuya expresión responde a (siendo r la rugosidad del material en mm):
Nu = 0 0354. ⋅ a ⋅ ( Re0 75.^ − 180 ) ⇒ a = 1011665. + 0152502. ⋅ r − 0 0014167. ⋅ r^2
y el nº de Reynolds (Re) responde a la expresión:
Re =
v D ⋅ hi
ν C
, donde:
v Æ velocidad media de los humos en la chimenea, en m/s.
DHI Æ Diámetro hidráulico interior, en m.
νC Æ Viscosidad cinemática de los gases, en m^2 /s. Se calcula a partir de:
υ C = − 6 631 10. ⋅ − 6 + 4 426 10. ⋅ −^8 ⋅ THM + 7 523 10. ⋅ −^11 ⋅ THM^2
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
hi N D
hin N hin
∑ ⎥
λ
ε , donde n indica el valor de la capa enésima y el
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
S S
X S S
INT EXT INT 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 0.5 0.6 0.
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.
donde:
H Æ 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 + HV.
1.9.- VELOCIDAD MEDIA DE LOS HUMOS.
Aproximadamente se puede calcular en función del caudal másico de acuerdo con la expresión:
v = 7 1. + 2 03. ⋅ x + 0 25. ⋅ x^2 − 0 526 10. ⋅ − 3 ⋅ x^3 − 3109 10. ⋅ −^3 ⋅ x^4
siendo x = Ln m ⎛⎝⎜^ ⎞⎠⎟
1.10.- CALOR ESPECÍFICO A PRESIÓN CONSTANTE DE LOS HUMOS.
Para un porcentaje de CO 2 del 8%, se puede calcular mediante la expresión:
C P = 1074 + 0166. ⋅ THM − 1548 10. ⋅ − 4 ⋅ THM^2
donde T (^) HM es la temperatura media de los humos.
1.11.- 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
Se calcula el área de la sección transversal a partir de la ecuación:
A
v
S v
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 THM, 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 ΔPGEN, la caída de presión por resistencia al movimiento ΔPHORIZ (<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 ΔPVERTI y el tiro natural t (^) VERTI. Finalmente la depresión disponible a la base de la chimenea:
Δ P = t VERTI −Δ PVERTI
1.13.- RESULTADOS PARA LAS CALDERAS DE 45 KW.
