Línea Base Central Térmica en Colombia

Agosto de 2011

LINEA BASE CENTRAL TERMICA EN COLOMBIA

Preparado por: Jaime González Andrés Silva Gabriel Zambrano Empresa:

SCF LTDA

Cel.:

310 688 4136 321 371 8334 321 371 8291

Correo:

[email protected] [email protected] [email protected]

AGOSTO – 2011

1

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Agosto de 2011

CONTENIDO Pág. 1. Quemadores…………………………………………….………………………... 3 2. Ejemplos de Modelación CFD ………..………………………………..…

6

3. Definición toma de velocidades aire secundario..…….…….….

8

4. Anemómetro de alta precisión……………………………………..….…

10

5. Graficas perfil de velocidades aire secundario…………………….

11

6. Evaluación variaciones aire secundario ..……………………………

12

7. Mediciones Aires primarios en tuberías………………………….

13

8. Sistema utilizado para medición aire primario …….…………..

14

9.

Análisis caracterización para control molino ……………….

15- 17

10. Balance Flujo carbón…………………………………………………………… 18 11. Equipo de medición Carbón Pulverizado - EMCP - ……………

19

12. Importancia del EMCP ………………………………………………………

20

13. Extracción y análisis in situ de NOx, CO, CO2 y O2..……………

21

14. Equipo para extracción y análisis de gases………………………..

22

15. Resultado de pruebas de emisiones ………………………………….

23

16. Análisis de distribuciones emisiones de gases ……..……….. 17. Material Particulado …………………………………………………………

24-28 29

18. ANEXO A. Propuesta No. 11-441r1 19. ANEXO B. Certificación inquemados 2

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Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos

QUEMADORES

Imagen original de Manual de Calderas

Se realizaron toma de medidas para elaborar un plano que permita la modelación matemática de flujos. 3

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Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos

Plano original de los quemadores y caja de vientos, son 2 niveles con un total 6 quemadores

Plano elaborado con las dimensiones tomadas durante la línea base 4

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INSPECCION Y LEVANTAMIENTO PLANOS QUEMADORES Y CAJA DE VIENTOS

Se inspeccionaron las compuertas (registro aire secundario) dejándolas abiertas para las pruebas de perfil de velocidad

Se tomaron las medidas internas para alimentar el programa CFD (Computerized Fluid Desing)

5

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Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos

EJEMPLOS DE MODELACION CFD - Modelación Quemador Bajo NOx

- Modelación Flujo de Aire secundario en caja de vientos

150 ft/s

0 ft/s

6

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Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos

- Modelación simultanea aires primarios y secundario Aire Secundario

Aire Primario

Registers impart swirl to the Secondary air as illustrated by twisted pathlines

150 ft/s

0 ft/s

7

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Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador.

Aire Secundario

Anemómetro

Puntos de toma detrás del difusor

Gráfica perfil de velocidades

Se tomaron 24 medidas de velocidad, calculando el promedio y la desviación (+/-) definiendo si el quemador requiere ajuste o no. 8

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Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador

DEFINICION PERFIL DE VELOCIDAD

Personal de CCA instalando el equipo y registrando los valores de velocidad 9

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Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador

ANEMOMETRO DE ALTA PRECISION SCF Ltda. Adquirió este equipo y entreno el personal de SCF en la toma de datos

10

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Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador

CCA ELABORO LAS GRAFICAS DE PERFIL DE VELOCIDADES AIRE SECUNDARIO EN CADA QUEMADOR

Se encontraron variaciones excesivas de aire secundario en los quemadores B2, A2, y A3 11

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Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador

EVALUACION VARIACIONES FLUJOS SECUNDARIOS A CADA QUEMADOR (valores máximos medidos con registradores totalmente abiertos)

Burners B1 B2 B3 A1 A2 A3 promedio flujos maximos

Q [m^3/h] Deviation [%] 36937 3.6% 36468 2.3% 34895 -2.1% 34796 -2.4% 33721 -5.4% 37097 4.1% 35600 m3/h

Para calcular el flujo en cada quemador multiplicamos cada medida de velocidad por el área correspondiente a 1/24 del área anular por donde fluye el aire 12 secundario.

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Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores

MEDICION AIRES PRIMARIOS EN TUBERIAS A QUEMADOR

Posición Completamente Insertado

Se realizaron tomas con el medidor de velocidad flujo Aire/Carbón a 8 puntos transversales en cada tubería 13

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Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores

SISTEMA UTILIZADO PARA MEDICION DE FLUJO DE AIRE PRIMARIO

MEDIDOR DE VELOCIDAD FLUJO AIRE/CARBON

•El medidor de velocidad es un equipo diseñado para medir la velocidad del flujo de un gas cargado de partículas. (Flujo aire primario + combustible) • El medidor esta diseñado para ser conectado a una tubería usando un acople de conexión libre de polvo (Dustless Connection DC) 14

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Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores

ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 1 TUBERIA A QUEMADOR B3 50 45

Max Vel. Para control de longitud de llama

40

Air Velocity [m/s]

PRIMARY AIR VELOCITY MILL 1, PIPE B3 [m/s] DAMPER POSITION Probe depth 42.0% 35.0% 25.0% [cm] 2.5 15 13 11 5.5 17 14 13 9 17 16 13 11.5 18 15 12 19 18 17 13 21.5 17 16 14 25 17 15 15 28 16 16 11 Average 17 15 13 PA FAN 168 170 170 [Amperes] Coal bed 28 31 55 [mm]

35 30 25 20 17

15

15 13 10 25.0%

30.0%

35.0%

40.0%

45.0%

Control Room Damper Position [%]

OBSERVACIONES 24%

1. Este pulverizador presenta la peor respuesta de flujo de los 3 molinos, corroborando las mediciones de bajo O2 correspondientes al costado derecho (ver pg

25%

26).

34% 35%

2. Este pulverizador presenta la mejor respuesta del indicador local de posición respecto a la señal del cuarto de control de los 3 molinos. 3. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del damper

RECOMENDACIONES 42%

42%

1. Verificar posición de las aletas del damper contra indicación local, buscando encontrar si el damper esta quedando mas cerrado de lo que el posicionador indica. 2. Cambiar escala de lectura en el DCS para reflejar el porcentaje real de apertura del Damper

15

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Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores

ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 2 50 45

Max Vel. Para control de longitud de llama

40

Air Velocity [m/s]

PRIMARY AIR VELOCITY MILL 2 PIPE B2 [m/s] DAMPER POSITION Probe depth 42.0% 35.0% 25.0% [cm] 2.5 31 27.5 18 5.5 38 28 17.8 9 39 27 22 11.5 39 27.4 21 19 41 29 23 21.5 41 28.5 23 25 41 27 22 28 39 25 21 Average 39 27 21 PA FAN 170 170 170 [Amperes] Coal bed 22 38 29 [mm]

39

35 30 27 25 20

21

15 10 25.0%

42%

30.0%

35.0%

40.0%

45.0%

Control Room Damper Position [%]

POSITIONER INDICATION

OBSERVACIONES 21% 25%

31% 35%

1. La gráfica de control de flujo y las fotos del indicador local evidencian una falta de respuesta lineal del posicionador a la señal del cuarto de control en mas del 50% del total del recorrido. 2. Se observó una variación de flujo del 85% respecto a la posición inicial con un cambio del 100% en la posición del indicador local 3. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del Damper

RECOMENDACIONES 42%

42%

1. Recalibrar el posicionador lubricando sus componentes para eliminar la observación 1 y ajustar aguja para indicar % de apertura real 2. Cambiar escala de lectura en el DCS para reflejar el porcentaje real de apertura del Damper

16

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Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores

ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 3 50 45

Max Vel. Para control de longitud de llama

45

40

Air Velocity [m/s]

PRIMARY AIR VELOCITY MILL 3 PIPE B1 [m/s] DAMPER POSITION Probe depth 42.5% 35.0% 25.0% [cm] 2.5 43 27 16.6 5.5 43 27.6 16 9 43.1 26 17 11.5 47.4 28.8 16 19 47 28.8 17 21.5 46.1 28 16.2 25 46.7 26 17 28 46.4 26 16 Average 45 27 16 PA FAN 170 170 170 [Amperes] Coal bed 35 35 35 [mm]

35

PL

30 27 25 20 15

16

10 25.0%

30.0%

35.0%

40.0%

45.0%

Control Room Damper Position [%]

OBSERVACIONES

21% 25%

30% 35%

1. Este pulverizador tiene el mejor control de flujo de los 3 molinos, 2. La grafica de control de flujo y las fotos del indicador local evidencian una falta de respuesta lineal del posicionador a la señal del cuarto de control. Se presenta un retraso del 16% máximo respecto a la caracterización lineal 3. Se observó una variación de flujo de 181% respecto a la posición inicial con un cambio del 100% en la posición del indicador local 4. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del Damper

RECOMENDACIONES 40%

42.5%

1. Recalibrar el posicionador lubricando sus componentes para eliminar la observación 1 y ajustar aguja para indicar % de apertura real 2. Cambiar escala de lectura en el DCS para reflejar el porcentaje real de apertura del Damper

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Día 4. Balance Flujo Carbón

BALANCE FLUJO DE CARBON

Para el balance de flujo de carbón se utilizó un equipo similar al ROTOR PROBE que cumple la norma ISO 9931 Se extrajo el carbón isocineticamente por un tiempo determinado, se peso el carbón y se comparó con las demás tuberías para determinar el flujo de carbón. 18

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Día 4. Balance Flujo Carbón

EQUIPO DE MEDICION, EXTRACTOR DE MUESTRA PARA CARBON PULVERIZADO – EMCP –

SCF LTDA posee este equipo y ha estado capacitando su personal para ofrecer un servicio profesional a las centrales en Colombia

19

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Día 4. Balance Flujo Carbón

IMPORTANCIA DEL EXTRACTOR DE MUESTRAS PARA CARBON PULVERIZADO – EMCP – El EMCP permite cumplir y exceder los requerimientos de la norma ISO 9931 la cual especifica 4 minutos de muestreo con 4 boquillas localizadas radialmente a distancias exactas determinadas previamente según el diámetro interno de la tubería que conduce el aire y carbón pulverizado.

.

1.1 Acople extracción sin polvo 1.2 Sonda de muestreo 1.3 Ciclón separador de muestra 1.4 Botella para recolectar muestras 1.5 Manguera extracción aire del ciclón 1.6 Tablero de control con PLC, báscula, filtros, ventury con sensor de presión diferencial para ajustar flujo isocinetico 1.7 Cable de control a cabezal rotatorio 1.8 Cable suministro energía. 1.9 Manguera aire para barrido de barrido en acople extracción sin polvo.

20

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

EXTRACCION Y ANALISIS IN SITU DE LAS EMISIONES: NOx , CO, CO2 Y O2

El personal de CCA con el equipo TESTO propiedad de SCF Ltda. realizaron pruebas de emisiones de NOx, CO, O2 y CO2 con 9 sondas colectoras instaladas por SCF 21

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

EQUIPO PARA EXTRACCION Y ANALISIS DE GASES

SCF Ltda. cuenta con el equipo TESTO 350 el cual mide in situ, con alta precisión la concentración de éstos gases.

El equipo TESTO se calibró en las instalación de SCF Ltda. para validar los sensores de NOx en condiciones atmosféricas y de altura de Bogotá

22

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE EMISIONES

1

2

3

Vista de planta presentando la localización de las bridas que soportan sondas de muestreo

GASES

% CARGA

NOX ppm O2 % CO ppm CO2 %

75% 100% 75% 100% 75% 100% 75% 100%

PUNTOS DE MUESTREO A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 416 458 479 435 468 458 415 622 759 755 698 760 801 716 3.2 2.75 4.65 3.45 2.38 5.25 415 6.55 4.32 4.86 5.21 4.22 3.84 4.5 38 55 48 88 265 186 164 30 24 23 15 18 13 10 9.9 10.17 9.14 9.86 10.4 8.95 9.5 8.04 9.28 8.98 8.79 9.34 9.55 9.18

C2 475 751 3.4 3.96 317* 10 9.95 9.49

C3 415 758 6.6 3.57 221 12 8.15 9.7

17.96 LOI 75% 11.51 % 100% * En este punto se observaron considerables variaciones en la medicion.

Las mediciones de NOx, CO, O2 y CO2 , se realizaron en 9 puntos simultáneamente permitiendo identificar la estratificación y/o concentraciones de cada gas en el ducto de entrada al economizador 23

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

ANALISIS DISTRIBUCION DE NOx EN DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR NOx [PPM] - 100% LOAD 820 801

800 780

760 759 751

NOx [PPM]

760 740 720

758 755

716 698

700

LEVEL A LEVEL B

680

LEVEL C

660 640 622

620 600 1

2

3

Sampling points

Variaciones respecto al centro Nivel A: -17% (costado izquierdo), Nivel B: +5% (costado derecho)

A1

A2

A3

B1

B2

B3

C1

C2

C3

OBSERVACIONES: Los valores de NOx en la posicion A1, 17 % por debajo del promedio en el centro concuerdan con el incremento del O2 libre en esta zona.

24

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

ANALISIS DISTRIBUCION DE O2, CARGA AL 100%. DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR O2 [%] - 100% LOAD 7 6.55

O2 [%]

6 5.21

5

LEVEL A 4.86

4.5 4

4.32 4.22 3.96

LEVEL B LEVEL C

3.84 3.57

3 1

2 Sampling points

3

Variaciones respecto al centro Nivel A: +51% (costado izquierdo), Nivel C: -11 % (costado derecho)

A1

A2

A3

B1

B2

B3

C1

C2

C3

OBSERVACIONES: Se presenta una estratificación vertical que corresponde a la estratificación vertical del CO (ver siguiente pagina). Al parecer, por ingresos parásitos de aire a través de las paredes sobre el nivel superior de quemadores.

25

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

ANALISIS DISTRIBUCION DE CO CARGA AL 100%. DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR CO [PPM] - 100% LOAD 30

30

25

24

23

20

CO [PPM]

18

15

LEVEL A

15 13 12

10

10

LEVEL B

10

LEVEL C

5 0 1

2

3

Sampling Points

Variaciones respecto al centro Nivel A: +66% (costado izquierdo), Nivel C: -45 % (costado derecho)

A1

A2

A3

B1

B2

B3

C1

C2

C3

OBSERVACIONES: Es evidente la estratificación vertical de CO, ocasionada por la combustión incompleta. El primer nivel de quemadores presenta una combustion mas completa que el segundo nivel

26

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

ANALISIS DISTRIBUCION DE CO2, CARGA AL 100%. DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR CO2 [PPM] - 100% LOAD 10

CO2 [PPM]

9.5 9.18 9

9.7 9.55

9.49 9.34 9.28

8.98

8.79

LEVEL A LEVEL B

8.5

LEVEL C 8.04

8 7.5 1

2 Sampling points

3

Variaciones respecto al centro Nivel C: +3% (costado derecho), Nivel A: -14 % (costado izquierdo)

A1

A2

A3

B1

B2

B3

C1

C2

C3

OBSERVACIONES: Corroborando los datos de O2 y CO en las páginas anteriores se observa que los quemadores de nivel inferior (C) presentan una combustión mas completa que el nivel superior (A).

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

COPIAS DE IMPRESIONES PARA CADA PUNTO DE EMISION

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Día 5. Toma medidas emisión de gases

MATERIAL PARTICULADO

Para material particulado se realizó la prueba con un sistema de bomba de vacio y se hizo pasar la muestra de aire por un filtro que retuviera una cantidad de partículas de carbón en un tiempo establecido, posteriormente se retira el filtro y se toma la muestra de carbón 29

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ANEXO B CERTIFICACION INQUEMADOS

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REPORTE DE OPERACION UNIDAD 2 - VALORES PROMEDIO DATOS OPERATIVOS OBTENIDOS DEL DCS DURANTE EL 19 DE AGOSTO/2011 (horas coinciden con el horario de toma de datos de emisiones)

Description

Presion Dom o

Tem peratur a A.A.C.

Nivel Carbon Pulv 2-1

Tem pera tura Pulv 2-1

Presion Interna Pulv 2-1

Nivel Carbon Pulv 2-2

Presion Tem peratu Interna Pulv ra Pulv 2-2 2-2

Units

kg/cm2

oC

mmH2O

oC

oC

mmH2O

oC

oC

54.30 51.47 49.82 48.99

207.07 190.90 176.75 171.75

9.04 3.62 3.27 3.27

67.15 69.78 62.88 58.64

160.79 28.66 31.55 30.53

26.98 28.28 31.94 30.38

67.15 69.78 62.88 58.64

224.67 217.76 223.61 294.10

Hour 12:00 13:00 14:00 15:00

Description

Units

Nivel Tem pera Carbon tura Pulv Pulv 2-3 2-1 mmH2O

o

C

Presion Interna Pulv 2-3 o

C

Tem peratu Tem peratu Tem perat ra de ra de Aire ura Gases Gases Caliente Hogar Salida o

C

o

C

o

O xige no a la e nt ra da de l ppt r

C

%

900.84 855.61 790.19 748.34

5.38 7.05 8.88 9.40

Hour 12:00 13:00 14:00 15:00

26.17 23.70 2.52 0.52

74.05 66.58 69.35 72.94

233.16 211.72 204.38 211.07

389.26 360.57 333.98 326.41

319.85 279.87 250.35 230.96

31

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REPORTE DE OPERACION UNIDAD 2 - VALORES PROMEDIO DATOS OPERATIVOS OBTENIDOS DEL DCS DURANTE EL 19 DE AGOSTO/2011 (horas coinciden con el horario de toma de datos de emisiones)

Description

Oxige no

F lujo de V a po r

F lujo A gua A lim C a lde ra

F lujo de A ire

N iv e l de l D o mo

P re s io n H o ga r

P res io n C a be za l

Units Hour 12:00 13:00 14:00 15:00

%

t/h

t/h

t/h

mmH2O

mmH2O

kg/cm2

0? 0? 0? 0?

153.41 109.54 79.77 73.87

135.36 99.38 70.94 64.62

175.39 143.30 125.00 124.72

-0.23 -1.94 0.63 0.08

-4.44 -3.59 -3.89 -3.83

51.25 49.72 49.11 48.21

Description Units Hour 12:00 13:00 14:00 15:00

N iv e l del P re s io n D e s a ire ad D e s a ire a or do r

P re sio n BAAC

P re s io n VAP

F lujo de A te m pe rac i on

cm

kg/cm2

kg/cm2

mmH2O

t/h

163.99 161.72 164.07 164.78

4.09 2.91 2.08 1.90

82.43 84.23 85.63 86.21

414.17 395.59 383.83 448.76

3.07 0? 0? 0?

T e m pera t ura de Va po r o

C

477.65 475.36 475.29 478.53

Eficiencia Em isiones de de la Material Unidad Particulad % mg/m3

60.82 60.82 60.82 60.82

207.52 125.92 83.42 85.73

32

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REPORTE DE OPERACION UNIDAD 2 - VALORES PROMEDIO DATOS OPERATIVOS OBTENIDOS DEL DCS DURANTE EL 19 DE AGOSTO/2011 (horas coinciden con el horario de toma de datos de emisiones)

Description Units

G ases S alida C himenea

T emp A co ple T em p Libre VT F VT F

T emp A co ple VT I

T e mp lado Libre V T I

T emp A co ple VA P

T emp lado Libre V A P

T em perat ura B A C 2 -1

oC

oC

oC

oC

oC

oC

oC

oC

191.84 181.85 172.35 165.16

59.66 59.66 60.68 60.69

43.38 43.70 43.70 43.70

67.16 67.16 67.16 66.40

61.68 62.59 62.90 62.90

57.50 57.57 58.53 58.88

81.05 81.35 82.07 84.18

39.23 40.22 40.83 41.41

Hour 12:00 13:00 14:00 15:00 Description Units

T empe ra t ura B A C 2- 2

P re sio n del T empe ra tur C o ndensad a V apo r or

F lujo de V apo r

P res

C arga Unidad

oC

t/h

kg/cm2

mmHg

oC

MW

0? 0? 0? 0?

148.80 106.91 80.38 75.38

57.10 55.06 54.44 53.70

0? 0? 0? 0?

447.46 447.34 445.96 447.48

33.64 24.21 17.45 15.91

Hour 12:00 13:00 14:00 15:00

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