Cuanta leña necesito por hora

Responder mi pregunta. ¿Cuánta leña necesito quemar para alcanzar 45 ºc en 200 lt de agua en un tiempo de 20 minutos? ¿Cuáles son las fórmulas?

1 respuesta

Respuesta
1
Necesitas conocer el poder calorífico inferior (PCI) de la leña. Sus unidades son kcal/kg.
De ahi sacas que PCI*Kg necesarios de leña = 200 (litros=kg)*45
Da lo mismo si la transformación se realiza en 20 minutos en en 2 días. Esto no depende del tiempo, es simplemente un balance de energía
Continuo con la resolución de que pides por hora. Aunque el balance de energía no depende del tiempo, otra cosa es si el problema lo que pide es la leña por hora ya que se quiere mantener el ritmo de calentamiento indicado (200 lt con incremento de 45º cada 20 minutos). En este caso como el consumo que sale es el de 20 minutos habría que multiplicarlo por 3 para saber lo que se gasta en 60 minutos.
Muchísimas gracias por la atención puesta a mi interrogante.
Despejando en la fórmula obtengo :
kg necesarios de leña =kg^2*ºC/kcal
Para obtener la cantidad de combustible de leña por hora habría que relacionarlo con la potencia nominal:
cantidad de leña(kg/hora)=potencial nominal(cal/hora)/ PCI(cal/kg)
= KG de leña
potencial nominal(cal/hora)= cantidad de calor/(eficiencia del sistema * tiempo en q se alcanza la temperatura requerida)
cantidad de calor(cal) =masa a calentar(g)*calor especifico agua(cal/g*ºC) *(temperatura final -temperatura inicial)(ºC)
¿Son correctas estas relaciones?
UNA INquietud MÁS ¿tiene las fórmulas para el diseño de una chimenea de tiro natural?
Gracias por su respuesta.
Dices que obtienes
"Despejando en la fórmula obtengo :
kg necesarios de leña =kg^2*ºC/kcal"
Ten en cuenta que una kcal es calor para elevar 1 kg 1ºC. Por tanto simplificando kg y ºC con kcal, resulta solo kg, lo que demuestra que la fórmula es congruente.
2ª parte
Tu expresión
"cantidad de leña(kg/hora)=potencial nominal(cal/hora)/ PCI(cal/kg) = KG de leña ".
Debe de decir "cantidad de leña(kg/hora)=potencial nominal(cal/hora)/ PCI(cal/kg) = KG/h de leña"
Las otras relaciones son correctas
Desgraciadamente no tengo fórmulas sobre tiro natural, pero te diré que:
El tiro teórico = altura chimenea*(peso especifico del aire en las condiciones ambientales del exterior - peso especifico de los humos en las condiciones de salida)
A este tiro teórico hay que restarle las perdidas de presión de los humos en la chimenea y conductos de humo, y también las perdidas de carga de la entrada del aire a la cámara de combustión.
Las chimeneas e suelen diseñar de forma tal que las perdidas de presión sen del orden del 20% del tiro teórico en las condiciones normales de combustión. Con lo que el tiro efectivo sera del orden del 80% del teórico. Por razones económicas alturas de chimenea superior a 70 m con el fin de proporcionar tiro no tienen sentido.
CÓMO OBTENGO " peso especifico de los humos en las condiciones de salida "
Gracias por su ayuda.
QUE porcentaje debo considerar para las perdidas de carga a la entrada de la cámara de combustión.
Gracias
Habrá que obtener la composición de los humos. No sé si te vas a plantear calcular las reacciones de combustión partiendo del análisis elemental de la madera.
Si lo vas a hacer puedes partir de un planteamiento simplificado de que toda la energía de la combustión de la madera proviene del C y todo el O necesario para la combustión es del aire de aportación a la combustión. Esto tendrás que hacerlo ya que necesitarás conocer el volumen de aire y el volumen de gases para calcular las secciones de paso.
Así obtendrás en los gases de salida CO2 (procedente de la combustión de la madera) y N2 (procedente del aire de la combustión) y también O2 ya que la combustión supongo la harás con un cierto exceso de aire para que sea completa. Tienes que calcular los porcentajes de cada componente y en base de sus pesos moleculares calcular el peso especifico de la mezcla constituyente de los humos en condiciones normales y pasarlo a las condiciones de salida de humos (principalmente temperatura, pues la presión son unos pocos mm de columna de agua sobre la atmosférica y apenas será significativa su influencia).
Si no quieres hacer todo eso suele haber tablas por ahí (no dispongo en este momento de ellas) que suelen dar el peso especifico de los hunos. Y si aun no tienes tablas puedes simplificar aún más y suponer que los humos pesan como el aire-en condiciones normales- (en realidad pesan un poco más por la formación de CO2, peso molecular = 30 frente al O2 PM=16 ) ya que algo más de las¾ partes del aire (digo más por el exceso de aire que se aporta a la combustión) y por tanto de los humos es N2 que sale cual entra, sin combinarse. Por tanto ya que que la influencia en el peso especifico es del cambio de molécula de O2 a CO2 que viene a ser del orden de solo el aprox. el 22 % del volumen de humos.
No sé que porcentaje puedes considerar para las perdidas de carga a la entrada de la cámara de combustión. Principalmente por dos razones, una que no se cuanto se suele considerar, lo que salga del calculo si es que el aire entra por un conducto y se encuentra con un ensanchamiento o si el aire entra a través de una rejilla de soporte del combustible. Y la otra razón es que no sé que estas diseñando ni como. Si supongo que es un fuego en una cámara abierta por un lateral a la atmósfera de donde toma el aire necesario puedes considerar que no hay perdida de carga.
Muchísimas gracias por tu ayuda, estoy aclarando varias de mis dudas.
El aire entra a una cámara de combustión abierta por un lateral pero además hay aire secundario que ingresa por abajo de la rejilla de soporte del combustible a través de un tubo metálico, aún no tengo el diámetro.
Si considero el peso específico de los humos igual que del aire en la expresión :
El tiro teórico = altura chimenea*(peso especifico del aire en las condiciones ambientales del exterior - peso especifico de los humos en las condiciones de salida)
Obtendría el tiro teórico igual a cero.
Tengo el volumen de los humos de la combustión. ¿Puedo encontrar el peso específico de los humos?
Yo llamaría al aire que entra por la rejilla de soporte de combustible aire primaria pues es el que inicia la combustión, Y al que entra por el lateral aportando todo el resto de aire necesario "aire secundario", a no ser que haya otras razones que en este momento se me escapan.
Cuando dices :
""Si considero el peso específico de los humos igual que del aire en la expresión :
El tiro teórico = altura chimenea*(peso especifico del aire en las condiciones ambientales del exterior - peso especifico de los humos en las condiciones de salida)
obtendría el tiro teórico igual a cero"".
No es correcto porque hay que referenciarlo ( y creo que he insistico antes en este punto) a sus condiciones reales. El aire del exterior puede que esté a 20ºC y el los humos a thumos = 200 ó puede que 400ºC. El peso especifico del aire a temperatura T (ºK) y presión p (atm) puede calcularse por la fórmula de los gases ideales:
peso especifico = p*T/(R*T) = 353,5 *p/T kg/m3
Por tanto al corregirlo a una u otra temperatura te saldrán pesos específicos diferentes y más ligero el de los humos.

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