CALDERAS-CURSO-COMPLETO-DE-VAPOR.pptx

Caderas

1. M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A. U.C.S.M. MANTENIMIENTO DE CALDERAS

2. M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A. U.C.S.M. UNIDAD I EL VAPOR PRINCIPIOS DE TRANSFORMACION

3. En las Instalaciones Industriales el vapor de agua se destina a tres fines, que en muchos casos pueden darse simultáneamente: Como materia prima para el proceso. Como fuente de energía térmica en los procesos, servicios o para confort. Como fuente de energía mecánica para producir trabajo directamente o bien como transformación previa a energía eléctrica

4. ¿ Cuáles son las razones del uso preferente del agua sobre otros fluidos? La abundancia del agua Su reducido coste comparativo Sus buenas propiedades termodinámicas: alto calor específico, alto calor latente en el rango normal de temperaturas de utilización, una conductividad térmica relativamente elevada, una viscosidad relativamente baja, su temperatura crítica es razonablemente alta y permite su empleo en ciclos térmicos con bajas exigencias relativas de energía para la compresión o el bombeo.

5. ¿ CUANDO SE DEBE CONSIDERAR LA UTILIZACION DE OTRO FLUIDO DISTINTO AL AGUA ? a) Cuando la transmisión de calor es a temperaturas menores o iguales a 0 ºC. b) Temperaturas superiores a 374 ºC (temperatura crítica).

6. ¿Por qué se utiliza la palabra vapor? En sentido estricto, los vapores tienen unas características similares a los gases cuando son secos y sobrecalentados, pero normalmente están en una situación muy cercana a la coexistencia de líquido y gas, es decir, cerca de la condensación. Por esa razón, se dice que un vapor es tanto más gas cuanto más sobrecalentado se encuentre (más cerca de la temperatura y presión crítica).

7. ¿ Por qué se emplea el agua en fase vapor en preferencia o en la fase líquida? Hay varias razones, las más importantes son: Primero: A igualdad de masa, temperatura y presión, el contenido energético del vapor es notablemente mayor al líquido.

8. Comparación de lo calores contenidos por kilogramo de agua en fases líquida – vapor. p (kgf/cm 2 abs.) T (ºC) Contenido calorífico (kcal/kg) h fg (kcal/kg) Rel. Calor vapor-líquido Líquido Vapor 1 99,09 99,12 638,5 539,38 6,44 20 211,38 215,2 668,5 453,38 3,11 50 262,70 274,2 667,3 393,10 2,43 70 284,48 300,9 662,1 361,20 2,33 100 309,53 334,0 651,1 317,10 1,95 200 364,08 431,5 582,3 150,80 1,35 225,65 374,15 501,5 501,5 1

9. - El calor contenido por el vapor es siempre superior al del líquido. - La relación entre uno y otro varía con la presión y la temperatura, disminuyendo cuando aumentan hasta unas condiciones denominadas críticas (p c = 225,65 kg/cm 2 y T c = 374,15ºC) aquí el contenido calorífico del líquido y vapor se igualan.

10. Segundo: La diferencia entre el calor contenido en el vapor disminuye cuando aumenta la temperatura. Por eso conviene trabajar con vapor a la menor presión posible, compatible con las exigencias del proceso y con los requisitos de presión y transporte del vapor por la redes de distribución.

11. Tercero: El vapor se autotransporta por su propia presión. L a base es que consume parte de la energía aportada por el combustible. “El agente motor es la diferencia de presión en la red.” Un líquido es necesario aportar energía mecánica mediante bombeo para asegurar su circulación.

12. Cuarto : En la mayoría de instalaciones se requiere suministrar calor a los procesos en diferentes condiciones de presión y temperatura. Esto es más fácil de realizar con el vapor que con el líquido, ya que existe una relación directa entre las condiciones de saturación.

13. M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A. U.C.S.M. EL USO DEL VAPOR

14. ¿Qué es el vapor de agua? Vapor se obtiene al añadir calor al agua líquida en un generador de vapor. Se necesita añadir suficiente energía para que se eleve la temperatura del agua hasta su punto de ebullición. Después de ello, cualquier energía adicional transforma el agua en vapor, sin variar su temperatura. Luego el vapor de agua es un medio para transferir calor a un proceso en forma eficiente y fácil de controlar.

15. 1º La transferencia de calor empieza en la cámara de combustión de la caldera, el calor fluye a través de la pared de los tubos de la caldera hasta el agua.

16. 2º La presión más alta de la caldera empuja el vapor hacia fuera de la caldera, los tubos de distribución se calientan; entonces calor fluye, a través de la pared de los tubos, hacia el aire a temperatura menor alrededor de la tubería.

17. 3º La situación es diferente cuando el calor llega a los intercambiadores de calor del sistema; en este caso se desea la transferencia de calor del vapor hacia la carga.

18. M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A. U.C.S.M. Superficie calefactora

19. DRENADO DEL CONDENSADO ¿POR QUÉ ES NECESARIO?

20. El condensado se forma en el sistema de distribución debido a la inevitable pérdida de transferencia de calor. También se forma en equipos de calentamiento y de proceso debido a la transferencia de calor del vapor a la sustancia que se desea calentar.

21. Una vez que el vapor se condensa liberando su valioso calor latente, el condensado caliente se debe remover inmediatamente. Este condensado todavía es agua caliente con valor energético y se debe regresar a la caldera, siendo el calor disponible por kg. de condensado relativamente poco comparado con el kg. de vapor.

22. Necesidad de drenar el condensado en el sistema de distribución. (tuberías)

23. El condensado que se acumula en las líneas de vapor puede ser la causa de cierto tipo de golpe de ariete. El vapor puede viajar a velocidades de hasta 160 km/hr y tiende a producir olas al pasar sobre el condensado. Si se ha acumulado demasiado condensado entonces el vapor a alta velocidad lo estará empujando lo cual produce un tapón de agua que crece al empujar el líquido delante de él.

24. Cualquier componente que trate de cambiar la dirección del flujo (conexiones, válvulas reguladoras, codos, bridas ciegas, etc. ) puede ser destruido. Asimismo, aparte del daño producido por este “golpeteo hidráulico”, el agua a alta velocidad puede causar erosión significativa en las conexiones y tuberías con superficies metálicas .

25. Aumento progresivo de condensado hasta producir el golpe de ariete .

26. Necesidad de drenar la unidad de transferencia de calor

27. Cuando el vapor se encuentra con condensado, que ha sido enfriado a una temperatura menor que la del vapor, se puede introducir otro tipo de golpe de ariete que se conoce como “choque térmico”. El vapor ocupa un volumen mucho mayor que el condensado, así que cuando el vapor se condensa de forma repentina se generan ondas de choque que viajan por todo el sistema.

28. Esta forma de golpe de ariete puede dañar el equipo, y básicamente indica que el condensado no está siendo drenado adecuadamente del sistema.

29. Por otro lado el condensado ocupa espacio dentro de la unidad de transferencia de calor, lo cual reduce el tamaño físico y la capacidad de la unidad. Si el condensado se remueve rápidamente, entonces la unidad estará llena de vapor. Al condensarse, el vapor forma una capa de agua dentro de las superficies del intercambiador de calor.

30. M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A. U.C.S.M. Superficie calefactora

31. Los gases que no se condensan no fluyen hacia fuera por gravedad, sino que se acumulan dentro de la unidad y también forman una capa delgada en las superficies calefactores junto con suciedad y el sarro. Impedimento para una adecuada transferencia de calor.

32. : Aire hacia la superficie de transferencia de calor al condensarse el vapor

33. LA PELÍCULA DE AGUA

34. Cuando el vapor entra en contacto con las superficies metálicas más frías de la camisa, entrega su entalpía de evaporación y se condensa. La condensación ocurre en forma de película sobre la superficie metálica. Cuando la película se hace más gruesa, el agua comienza a correr hacia por las paredes. Durante todo el transcurso del proceso, las superficies metálicas están cubiertas de esta película.

35. A medida que nos acercamos a la acumulación de agua en el fondo de la camisa, aumenta el espesor de la película de agua sobre las paredes. El agua posee una alta resistencia a la transmisión de calor.

36. ¡ Equivalencia comparativa ! ¡ Una película de agua de 0,25 mm. de espesor ofrece la misma resistencia al paso del calor que una pared sólida de 25 mm. de fierro ó de 125 mm. de espesor de cobre.!

37. Ejemplo: P man = 2bar ; T sat = 134 ºC . Calor latente de condensación = 2163,3 kJ/kg. Entalpía como líquido saturado = 562,2 kJ/kg

38. Condiciones del Ejemplo

39. En el punto “C”, el agua esta siendo mantenida en el punto de ebullición por estar en contacto directo con el vapor ( T=134ºC aprox.); pero en “D” será aproximadamente 108ºC. ¿A qué se debe esto?

40. El punto “D” está más alejado de la fuente de calor. Mientras que la entalpía en “C” es de 562,2 kJ/kg en “D” es 455 kJ/kg.

41. Resultados a mitad del proceso: Temperatura de la carga Temperatura del vapor en “A” Temperatura del condensado en “C” Temperatura del condensado en “D” 66 ºC 134 ºC 134 ºC 108 ºC

42. * La transferencia de calor a través de la superficie calefactora a una sustancia que esta siendo calentada, aumenta en forma directa con la diferencia de temperatura, de ésta manera, la capacidad de producción de un equipo dado es mayor si el espacio se mantiene libre de condensado.

43. Superficie calefactora

44. VIDEO SOBRE MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

45. A medida que el producto se va calentando, esta situación se agrava gradualmente ya que la diferencia entre el condensado y la carga se hace más pequeña. A parte de esto, si el drenaje de condensado es muy lento, el nivel de agua en la camisa se habrá incrementado, lo que significa que una mayor área de la superficie calefactora está siendo anulada por el agua.

46. Posibles reductores de la transferencia de calor

47. Serpentín medio lleno de condensado no puede trabajar a su máxima capacidad

48. CARGA INICIAL Y CARGA DE REGIMEN

49. Durante la etapa inicial de la operación, se produce la máxima rapidez de transferencia de calor, de manera que se usa la máxima cantidad de vapor por minuto formándose la máxima cantidad de condensado (carga inicial).

50. Las condiciones de régimen son cuando la superficie calefactora ha sido calentada, la diferencia de temperatura entre el vapor y la sustancia se reduce, la velocidad de transmisión de calor también se reduce y el ritmo de consumo de vapor decrece al igual que el ritmo de producción del condensado.

51. PERDIDAS DE CALOR

52. Cualquier cesión de calor del vapor en la camisa que no conduzca a calentar la sustancia es una perdida de calor. Existen pérdidas de calor por radiación y convección al aire fresco de los alrededores. Cuando el producto o sustancia alcanzó su temperatura, sé usa aproximadamente la misma cantidad de vapor para calentar el aire que rodea a la sustancia, que el utilizado para mantener caliente el producto.

53. Esto se debe a que a medida que la carga se va calentando, la diferencia de temperaturas entre el vapor y la sustancia se hace menor, de manera que se cede menos calor. Pero la diferencia de temperatura entre el vapor y el aire exterior se mantiene más o menos igual, de manera que la transmisión de calor al final del proceso será la misma que al principio.

54. Estas perdidas pueden ser bastante grandes o bastante pequeñas según como funcione el sistema.

55. Pensemos en el siguiente Ejemplo: En producción normal las pérdidas permanentes de un proceso son iguales a 24 kg. de vapor /hr. Se necesitan 20 minutos para tener lista una porción de dulce. Significa que por porción de dulce las pérdidas permanentes son iguales a 8 kg. de vapor. Suponiendo que debido a una inundación parcial de la chaqueta de vapor, originada por un drenaje lento de condensado, la porción tome 30 minutos .

56. Entonces las perdidas permanentes por porción serían 12 kg. lo que significa que los 10 min. extras requeridos para concluir la cocción, nos cuesta 4 kg. adicionales de vapor

57. ENFOQUEMOS EL PROBLEMA DESDE OTRO PUNTO DE VISTA

58. Supongamos que el tiempo de cocción es de 30 min. por cada partida de dulce; pero debido a un perfeccionamiento constante en mejorar el drenado del condensado podemos reducir el tiempo a 20 min. En este caso ahorramos 4 kg. de vapor por partida; no parece mucho pero si imaginamos que en una planta donde hay 20 pailas de cocción y cada paila produce 30 partidas de dulce por día, se tendrá 600 partidas diarias ; el ahorro por esta reducción será de 2400 kg. de vapor diarios.

59. En un año de 50 semanas de 5 días, el ahorro será de: 2400 * 5*50 = 600 000 kg. de vapor (600 Ton) al año, con el correspondiente ahorro de combustible, solo mejorando el drenaje del condensado, en tan solo 2 kg. de vapor por paila y por partida .

60. ¿ QUE COSTO REPRESENTARIA APROXIMADAMENTE AL AÑO ESTA PERDIDA? Ejemplo: Vapor saturado a 10 bar (a) Temperatura de saturación: 179,88 ºC Volumen específico del agua: 0,0011274 m 3 /kg Volumen específico como vapor: 0,1943 m 3 /kg Entalpía del líquido saturado (hf): 762,61 kJ/kg Entalpía del vapor saturado (hg): 2776,2 kJ/kg Calor latente de vaporización (hfg): 2013,6 kJ/kg

61. Eficiencia térmica del caldero: n k = 85% Perdidas de calor por aislamiento térmico (n aisl ) = 5% El contenido entálpico de 1 Ton de vapor a 10 bar (a): Q = hg*1000 kg/ton/n k *n aisl Q = 2776200 J/kg*1000/0,85*0,95 Q = 2,438.10 9 J

62. Suponemos que utilizamos Diesel 2 cuyo PC es: 41 800 kJ/kg de combustible ¿ Cuánto de combustible es necesario utilizar para producir una tonelada de vapor?

63. Q = 2,438 GJ/Ton de vapor m comb = 2 438 000 kJ/ton de vapor/41800 kJ/kg m comb = 58,33 kg/ton de vapor

64. Consideramos un precio de: S/.10,00/gal Densidad: 0,9 kg/litro 1 gal = 3,785 litros m= 3,785*0,9= 3,4 kg C = 2,94 S/./kg Costo del vapor: C = 58,33 kg de comb/ton de vapor*2,94 S/./kg de comb. C = 171,50 S/. US/ ton de vapor

65. En nuestro caso se puede ahorrar: A = 171,50 *600 A = 102 900 S/./ año A = 35 483 $ US/ año ¡ SOLO POR MEJORAR EL SISTEMA DE DRENADO EN 10 MINUTOS !

66. ¿ Cómo se pueden reducir las pérdidas de calor en el equipo de calefacción con vapor?

67. a) Colocando aislamiento térmico sobre las superficies, para disminuir la transferencia de calor indeseable. b) Podemos disminuir el tiempo durante el cual se está produciendo la transmisión de calor en el sentido indeseable, mejorando el drenaje del condensado y de esta manera se reducirá el tiempo de calentamiento, disminuyendo las perdidas de calor

68. NECESIDAD DE REMOVER EL AIRE Y EL CO 2

69. Aire siempre está presente durante el arranque del equipo y en el agua de alimentación a la caldera. Además, el agua de alimentación puede tener disueltos ciertos carbonatos que liberan dióxido de carbono. La velocidad a que fluye el vapor empuja estos gases hacia las paredes de los intercambiadores de calor, lo que puede provocar una disminución en el flujo de calor complicando el drenaje del condensado ya que estos gases deben de ser removidos del sistema junto con el condensado.

70. Efecto del Aire en la temperatura del vapor

71. Cuando el aire y otros gases se introducen al sistema de vapor ocupan parte del espacio que debería estar ocupado únicamente por el vapor disminuyendo la temperatura de la mezcla aire- vapor con respecto a la del vapor sin aire.

72. Mezcla de aire- vapor

73. La siguiente tabla muestra la reducción de temperatura causada por el aire a diferentes presiones: Presión Temp. Vapor saturada Temperatura del vapor mezclado con varios porcentajes de aire en Vol.( ºC) bar ( ºC) 10% 20% 30% 2 120.2 116.7 113.0 110.0 4 143.6 140.0 135.5 131.1 6 158.8 154.5 150.3 145.1 8 170.4 165.9 161.3 155.9 10 179.9 175.4 170.4 165.0

74. Efecto del Aire en la transferencia de calor

75. El vapor lleva consigo aire y otros gases durante su flujo normal hacia el interior de un intercambiador de calor. Estos gases no condensables, debido a que no se condensan y no se pueden drenar por gravedad, forman una barrera entre el vapor y las superficies del intercambiador de calor disminuyendo fuertemente la transmisión del calor.

76. RECUERDE: El aire tiene excelentes propiedades aislantes.

77. Si los gases no-condensables (principalmente aire) se continúan acumulando y no son removidos de la unidad, poco a poco llenan el interior del intercambiador de calor y eventualmente bloquean completamente el flujo de vapor; entonces se dice que la unidad “está bloqueada por aire”.

78. CORROSION

79. Las causas principales para la formación de sarro y para la corrosión son el dióxido de carbono (CO 2 ) y el oxígeno (O 2 ).

80. 1º El CO 2 ingresa al sistema en los carbonatos disueltos en el agua de alimentación, y cuando ésta se mezcla con el condensado enfriado se crea ácido carbónico. Este ácido es extremadamente corrosivo y puede destruir las tuberías y los intercambiadores de calor 2º El oxígeno entra al sistema como un gas disuelto en el agua de alimentación. El oxígeno hace aún mas grave el efecto del ácido carbónico, incrementando la corrosión y picando las superficies de hierro y acero.

81. EL CIRCUITO CALEFACTOR

82. El vapor generado en la caldera debe ser conducido, a través de tuberías, a l os lugares en que es requerido su calor. - Tuberías troncales. - Tuberías secundarias o ramales hacia donde se encuentran los equipos.

83. Al abrir la válvula de paso de la caldera, el vapor sale violentamente y se desplaza por las tuberías, produciéndose una transferencia de calor desde el vapor, a través del aire que rodea a la tubería (primera pérdida de calor), por lo que se tiene que aislar la tubería a fin de reducir esta pérdida permanente.

84. La energía perdida está representada por toda condensación del vapor que no sea aprovechada por la carga. Al llegar al equipo éste se condensa cediendo su valioso calor latente de condensación. Se debe alimentar continuamente de vapor a la línea para lo cual debemos quemar un combustible y se debe introducir más agua a la caldera, para compensar las evaporaciones indeseadas y fugas.

85. Se tratará de suministrar el agua a la caldera a la mayor temperatura posible a fin de economizar el combustible a ser quemado que lo lleve hasta su punto de vaporización en la caldera. El retorno del condensado constituye un sistema clave del circuito.

86. CIRCUITO CALEFACTOR

87. M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A. U.C.S.M. EL CONDENSADO

88. ¿ QUÉ ES UNA TRAMPA DE VAPOR? Es una válvula de drenaje automática que debe captar la diferencia entre vapor y condensado, operar bajo presiones variables tanto en la entrada como a la salida, con cambios de carga de condensado, y también debe eliminar gases no condensables sin desperdiciar vapor.

89. La temperatura a la cual el condensado es descargado por la trampa es importante para mantener el manejo eficiente de la energía. Mientras la mayoría de las aplicaciones requiere que el condensado sea descargado a una temperatura próxima a la del vapor, utilizando únicamente el calor latente.

90. ¿QUÉ DEBE HACER UNA TRAMPA DE VAPOR?

91. El trabajo de una trampa de vapor es el de sacar condensado, aire, CO 2 del sistema tan rápido como se empiece a acumular. Asimismo, para una mayor eficiencia y economía, una trampa debe también de ofrecer: Perdida mínima de vapor.- Los costos de combustible son muy elevados.

92. Larga vida y servicio seguro.- El desgaste rápido de sus partes resulta una trampa que no ofrece servicio seguro. Una trampa eficiente ofrece ahorro de dinero al minimizar la necesidad de pruebas, reparaciones, limpieza, interrupción de servicio o cualquier otro requerimiento.

93. Resistencia a la corrosión Las partes importantes de una trampa deben ser resistentes a la corrosión para que no sufran los efectos dañinos de los condensados cargados con ácidos con oxígeno. Venteo de aire El aire puede mezclarse con el vapor en cualquier momento, y en especial al arranque del equipo. El aire debe ser venteado para tener una transferencia de calor eficiente y para prevenir bloqueo en el sistema.

94. Venteo del CO 2 Mediante el venteo del CO 2 a la temperatura del vapor se evita la formación de ácido carbónico. Por lo tanto la trampa de vapor debe de operar a una temperatura igual, o bastante cerca, a la temperatura del vapor, ya que el CO 2 se disuelve en el condensado que ha enfriado a temperatura menor que la del vapor.

95. - Funcionamiento con contrapresión Presurización de las líneas de retorno puede ocurrir por diseño o por mal funcionamiento. Una trampa de vapor debe ser capaz de funcionar aún cuando exista contrapresión en su tubería de retorno.

96. Libre de problemas de suciedad Suciedad y basura siempre serán algo que se encuentra en las trampas debido a que se instalan en los niveles bajos del sistema de vapor. El condensado recoge la suciedad y el sarro en las tuberías, y también partículas sólidas pueden ser acarreadas desde la caldera. Pese a la presencia de filtros, siempre se introducen partículas erosivas y por lo tanto la trampa de vapor debe ser capaz de funcionar ante la presencia de suciedad .

97. Una trampa que ofrezca cualquier cosa menor que todas estas características deseadas, redundará en una eficiencia menor del sistema y en un incremento de sus costos. Cuando una trampa ofrece todas las características señaladas, el sistema puede lograr:

98. 1.- Calentamiento rápido de las unidades de transferencia de calor. 2.- Temperaturas máximas en las unidades para una mejor transferencia de calor. 3.- Funcionamiento a capacidad máxima. 4.- Máximo ahorro energético. 5.- Reducción de la mano de obra por unidad. 6.- Una vida de servicio larga, sin problemas y de mínimo mantenimiento.

99. En resumen, las tres importantes funciones de las trampas para vapor son:

100. TIPOS DE TRAMPAS DE VAPOR Se pueden clasificar en 3 grupos principales: Mecánico Termostático Termodinámico

101. Las trampas de todos los grupos son capaces de detectar automáticamente la diferencia entre el vapor y el condensado; pero cada uno de ellos lo realiza de manera distinta .

102. GRUPO MECÁNICO

103. Realizan su tarea mecánicamente, usando la diferencia de peso específico entre el vapor y el condensado. Ellas abren frente al condensado y cierra frente al vapor, por acción de un flotante.

104. Tipo de balde

105. Trampa de balde normal

106. Grupo Termostático

107. Abren o cierran de acuerdo a la temperatura dentro de sus cuerpos. A cualquier presión dada, el vapor saturado tiene una determinada temperatura fija pero el condensado a la misma presión puede enfriarse a una temperatura menor. Las trampas de este tipo distinguen el vapor del condensado debido a esta diferencia de temperatura. La trampa es operada por un elemento termostático que puede ser líquido o metálico.

108. TRAMPAS TERMOSTÁTICAS

109. M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A. U.C.S.M. Tipo de expansión metálica (tipo bimetálico)

110. Placas bimetálicas

111. Trampas de expansión bimetalicas

112. GRUPO TERMODINÁMICO

113. Trampa Termodinámica

114. PUNTO DE PURGA

115. Para obtener una buena purga de las instalaciones de vapor, tenemos que estar seguros que el condensado puede llegar fácilmente al punto donde se encuentra instalada la trampa; de lo contrario la purga no será satisfactoria. En un sistema a la presión atmosférica, la tubería deberá estar inclinada, el agua circulará en la dirección a la caída. En los puntos más bajos de la instalación debe ser evacuada.  

116. Cuando está sometida a presión mayor que la atmosférica debemos instalar cada salida de condensado a diferente presión con una trampa, ya que de lo contrario la línea a mayor presión bloquearía la de menor presión.

117. Todos los equipos que forman parte de las instalaciones de calentamiento por vapor, y los accesorios tales como unidades y baterías de calentamiento, vienen provistos de un orificio destinado a evacuar el condensado; pero en el caso de las conducciones principales y accesorios, se tiene que preparar el orificio correspondiente.

118. Cualquier orificio que sea dejará salir el condensado, pero si resulta pequeño, el condensado no podrá evacuarse con la rapidez necesaria.

119. Puntos de Purga

120. DOS TUBOS DE PURGA De tamaño incorrecto De tamaño correcto

121. EXTRACCIÓN DE CONDENSADO EN INTERCAMBIADORES DE PLACAS

122. EXTRACCIÓN DE CONDENSADO EN TANQUES DE PROCESO

123. No puedes controlar aquello que no puedes medir Lord Kelvin

124. Al medir el vapor podemos mejorar: EL CONTROL DE PROCESOS LOS COSTOS Y LA FACTURACION LA EFICIENCIA DE LA PLANTA LA EFICIENCIA EN EL USO DE LA ENERGIA VAPOR ENERGIA COMBUSTIBLES

125. Uso de Filtros

126. Las trampas al ser dispositivos con algo de complejidad necesitan periódicamente atención; está frecuencia de atención dependerá de la protección que se adopte contra materias extrañas, limaduras de tubería, óxidos y cualquier otro tipo de suciedad. Cuando la instalación es nueva es corriente que arrastre limaduras, arena de fundición, pequeñas partículas de embalaje, soldadura, etc.

127. Cuando la instalación tiene tiempo de uso, habrá óxido, y a menudo (particularmente en zonas de agua dura) se irá formando incrustaciones en la tubería, si la evacuación fuera libre no habría problema alguno, pero se realiza a través de la trampa y estas partículas puede entorpecer su funcionamiento y en ciertos casos dejar inservible la trampa.

128. SE DEBE TENER PRESENTE QUE LA SUCIEDAD QUE LLEGA A LAS TRAMPAS ES UNA AMENAZA CONSTANTE QUE EN CUALQUIER MOMENTO PUEDE PRODUCIR PERDIDAS DE VAPOR E INCLUSO LA INUTILIZACION DE LA MISMA.

129. Filtro s

130. PARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN LA SELECCIÓN DE TRAMPAS DE VAPOR

131. La mayoría de trampas deben funcionar perfectamente siempre que se tengan en cuentan sus especificaciones en cuanto a presión, capacidad de descarga de condensados y limitaciones en su trabajo. Pero no basta que la trampa funcione, lo que se busca es obtener la máxima eficiencia y rendimiento de la instalación de vapor.

132. -¿ Cuál es la cantidad máxima y mínima de condensado que hay que evacuar? -¿ Cuál es la presión del vapor en el punto de purga, a la entrada de la trampa.? -¿ Existe contrapresión a la salida de la trampa? -¿ Se descarga el condensado a una tubería de retorno que está bajo vacío parcial?

133. -¿ Hay fluctuaciones en la cantidad de condensado a descargar’? -¿ La instalación de vapor está compuesta de varias unidades de calentamiento por vapor? -¿Puede presentarse el bloque por vapor? -¿ Es previsible la presencia de aire? -¿ La tubería de retorno del condensado está más alta que el punto de purga? -¿ Existen golpes de ariete en la línea de suministro de vapor?

134. - ¿Hay peligro que el condensado arrastre sustancias corrosivas? - ¿Se instalará la trampa a la intemperie, o en otra posición no expuesta? - ¿ Se empleará vapor recalentado? - ¿ Hay control termostático del suministro de vapor? - ¿ Hay vibraciones en la instalación en la que hemos de colocar la trampa?

135. Conocimiento de las cantidades y velocidades del condensado

136. Todos los fabricantes de equipos suministran las cifras reales de consumo de vapor de sus aparatos; pero cuando no son estándares se debe medir directamente la cantidad de condensado que se produce el trabajo, o bien haciendo cálculos correspondientes.

137. Cálculo de la Carga de Condensado Formulas de uso General Para calentar agua con vapor

138. Para calentar aceite combustible (fuel oil) con vapor Para calentar aire con serpentines de vapor

139. Radiación de Vapor GPM = Galones por minuto PCM = Pies cúbicos por minuto EDR = Emisión Difusión y Radiación Térmica

140. Aplicaciones Especializadas Esterilizadoras, Autoclaves y Retortas para calentamiento de sólidos W = Peso del material, lbs Cp = Calor específico del material T= Aumento de temperatura del material en °F L= Calor latente de vapor BTU/Lb t = tiempo en horas

141. Calentamiento de Líquidos en Marmitas encamisadas y en Tanques calentados con vapor G = galones del líquido a calentar s.g = gravedad especifica del liquido Cp= Calor especifico del material T= Aumento de temperatura del material en °F L= Calor latente de vapor BTU/Lb t = tiempo en Horas

142. Secadores encamisados de vapor Wi= Peso inicial del material Lbs/hr Wf = Peso final del material Lbs/hr T= Aumento de temperatura del material en °F L= Calor latente de vapor BTU/Lb

143. Intercambiadores de calor de líquidos, Calentadores de aire, serpentines y radiadores A = Area de la superficie en pies 2 U = Coeficiente de transferencia de calor BTU/pie* hr°F . Tml = Diferencia de temperatura media logarítmica L= Calor latente de vapor BTU/Lb Tff = Temperatura del fluido frio Tfc = Temperatura del fluido caliente Tv = Temperatura de vapor

144. Nota: La carga de condensado empleada para calentar el equipo deberá añadirse a la cantidad de condensado que se utilizara para calentar el producto. Para esto se usa la misma formula

145. TABLAS DE FORMACION DE CONDENSADO DURANTE LA PUESTA EN MARCHA Y REGIMEN

146. Diametro de la tuberia Presion de vapor en PSI 2" 2 1/2" 3" 4" 5" 6" 8" 10" 12" 14" 16" 18" 20" 24" Factor de correccion para 0ºF 6.2 9.7 12.8 18.2 24.6 32 48 68 90 107 140 176 207 208 1.5 5 6.9 11 14.4 20.4 27.7 36 48 77 101 120 157 198 233 324 1.44 10 7.5 11.8 15.5 22 29.9 39 58 83 109 130 169 213 251 350 1.41 20 8.4 13.4 17.5 24.9 33.8 44 66 93 124 146 191 241 284 396 1.37 40 9.9 15.8 20.6 29.3 39.7 52 78 110 145 172 225 284 334 465 1.32 60 11 17.5 22.9 32.6 44 57 86 122 162 192 250 316 372 518 1.29 80 12 19 24.9 35.3 48 62 93 132 175 208 271 342 403 561 1.27 100 12.8 20.3 26.6 37.8 51 67 100 142 188 222 290 366 431 600 1.26 125 13.7 21.7 28.4 40 55 71 107 152 200 238 310 391 461 642 1.25 150 14.5 23 30 43 58 75 113 160 212 251 328 414 487 679 1.24 CARGA DE CONDENSADO DURANTE LA PUESTA EN MARCHA EN lb/hr DE VAPOR POR CADA 100 PIES DE TUBERÍA AISLADA

147. 175 15.3 24.2 31.7 45 61 79 119 169 224 265 347 437 514 716 1.23 200 16 25.3 33.1 47 64 83 125 177 234 277 362 456 537 748 1.22 250 17.2 27.3 35.8 51 69 89 134 191 252 299 390 492 579 807 1.21 300 25 38.3 51 75 104 143 217 322 443 531 682 854 1045 1182 1.2 400 27.8 43 57 83 116 159 241 358 493 590 759 971 1163 1650 1.18 500 30.2 46 62 91 126 173 262 389 535 642 825 1033 1263 1793 1.17 600 32.7 50 67 98 136 187 284 421 579 694 893 1118 1367 1939 1.16 800 38 58 77 113 203 274 455 670 943 1133 1445 1835 2227 3227 1.156 1000 42 64 86 126 227 305 508 748 1052 1264 1613 2048 2485 3601 1.147 1200 47 72 96 140 253 340 566 833 1172 1407 1796 2280 2768 4010 1.14 1400 52 79 106 155 280 376 627 922 1298 1558 1988 2525 3064 4440 1.135 1600 57 87 117 171 309 415 692 1018 1432 1720 2195 2787 3383 4901 1.13 1750 62 94 126 184 333 448 746 1098 1545 1855 2367 3006 3648 5286 1.128 1800 63 97 129 189 341 459 765 1126 1584 1902 2427 3082 3741 5420 1.127

148. CARGA DE CONDENSADO EN LIBRAS POR HORA POR CADA 100 PIES DE TUBERÍA AISLADA. Tamaño de la tuberia Presión del vapor psi 2" 2 1/2" 3" 4" 5" 6" 8" 10" 12" 14" 16" 18" 20" 24" Factor de corrección para 0ºF. 10 6 7 9 11 13 16 20 24 29 32 36 39 44 53 1.58 30 8 9 11 14 17 20 26 32 38 42 48 51 57 68 1.5 60 10 12 14 18 24 27 33 41 49 54 62 67 74 89 1.45 100 12 15 18 22 28 33 41 51 61 67 77 83 93 111 1.41 125 13 16 20 24 30 36 45 56 66 73 84 90 101 121 1.39 175 16 19 23 26 33 38 53 66 78 86 98 107 119 142 1.38 250 18 22 27 34 42 50 62 77 92 101 116 126 140 168 1.36 300 20 25 30 37 46 54 68 85 101 111 126 138 154 184 1.35

149. 400 23 28 34 43 53 63 80 99 118 130 148 162 180 216 1.33 500 27 33 39 49 61 73 91 114 135 148 170 185 206 246 1.32 600 30 37 44 55 68 82 103 128 152 167 191 208 232 277 1.31 800 36 44 53 69 85 101 131 164 194 214 244 274 305 365 1.3 1000 43 52 63 82 101 120 156 195 231 254 290 326 363 435 1.27 1200 51 62 75 97 119 142 185 230 274 301 343 386 430 515 1.26 1400 60 73 89 114 141 168 219 273 324 356 407 457 509 610 1.25 1600 70 85 103 132 163 195 253 315 375 412 470 528 588 704 1.22 1750 77 93 113 145 179 213 278 346 411 452 516 580 645 773 1.22 1800 79 96 117 150 185 221 288 358 425 467 534 600 667 800 1.21

150. La presión del vapor y su influencia en la capacidad de las trampas

151. Para que una trampa pueda funcionar, es imprescindible que la presión a la entrada sea superior a la presión en la salida de la misma. Esta presión diferencial, influye en la capacidad de la trampa; o sea en la cantidad de condensado que puede evacuar en un tiempo determinado .

152. La capacidad de descarga está determinada por: - Directamente a la presión diferencial - El tamaño del orificio de salida de la trampa (que podrá o no ser el área de asiento de la válvula) - La temperatura del condensado.

153. Carga de condensado fluctuante

154. Diagrama de consumo de vapor con diferentes tipos de régimen

155. Trampa de grupo y trampas individuales

156. La denominación “Trampa de grupo” se aplica a aquellas instalaciones en la cuales los drenajes de varias unidades de vapor son conectadas a una única trampa.

157. Trampas grupales e individuales

158. La única posibilidad que pueda usarse trampas grupales es si se cumple estas condiciones: Arranque simultáneo de todas las unidades Si todas las unidades contuvieran exactamente la misma cantidad y consistencia del material a ser procesado.

159. Si las superficies calefactoras de todas las unidades estuviesen en exactamente el mismo estado de limpieza y suciedad. Si la temperatura que rodea a todas las unidades fuese la misma. (mismas corrientes de aire) Si la disposición de tuberías de drenaje y las distancias desde los agujeros a la trampa fueran iguales.

160. Tapón de vapor

161. RECOMENDACIÓN IMPORTANTE: Se debe hacer es colocar la trampa cerca de la unidad a ser drenada, siempre que ello sea posible.

162. Disposiciones de trampas para evitar el tapón de vapor

163. Aire en espacios de vapor

164. El aire llenará siempre la planta de vapor cuando esté cortado y durante todo el tiempo en que el vapor esté conectado el aire y los gases que no pueden condensarse seguirán entrando en forma continua con el vapor.

165. Detalles de trampas para el venteo de aire

166. Es importante retirar el aire de los espacios de vapor por tres razones : El aire reducirá la temperatura del vapor El aire reducirá la rapidez de transferencia de calor El aire interferirá con la distribución de calor

167. Detalle del aire al ingresar a una camisa de vapor

168. Ubicación de trampas en diferentes aplicaciones mostrando el venteo del aire.

169. ELEVACION DE CONDENSADO A NIVELES SUPERIORES BOMBAS DE CONDENSADO

170. Generalmente, el condensado es retornado a la sala de calderas para ser usado nuevamente mediante uno de los métodos siguientes: - Retorno por gravedad, cuando la trampa descarga en una tubería de retorno ubicada en un nivel inferior y que tiene una caída gradual hasta el tanque de alimentación

171. Elevación de condensado

172. - Elevación del condensado mediante presión de vapor en la planta, hasta una tubería de retorno superior que tenga caída hasta el tanque de alimentación. - Elevación del condensado mediante algún tipo de bomba hasta una tubería de retorno superior que tenga caída hasta el tanque de alimentación. - Bombeo el condensado en todo su retorno hasta el tanque de alimentación.

173. BOMBAS PARA LA RECUPERACION DEL CONDENSADO

174. Golpes de Ariete

175. Estos golpes ocurren cuando el agua en movimiento es detenida bruscamente por obstáculo en su camino, parte de su energía será transmitida al obstáculo. Si el agua está dentro de una tubería: Tensiones y vibraciones en tubería y conexiones. Ruido los golpes del ariete se deben descubrir y anular en su origen.

176. El golpe de ariete se puede producir por muchas causa que, muy a menudo se encuentran lejos del lugar en que se hace sentir su efecto. Cuanto mayor sea la longitud ininterrumpida de una tubería, mayor será la velocidad que adquirirá el agua, mayor resultara el impacto al ser detenida. Las tuberías principales de vapor son mas propensas a sufrir golpes de ariete.

177. Los golpes de ariete se deben descubrir y anular en su origen. Si ello no fuera posible hay que asegurarse que las trampas instaladas sean del tipo que resistan dichos golpes. Las trampas termostáticas de presión equilibrada no son apropiadas, ya que el golpe de ariete puede deteriorar el elemento termostátito y dejar abierta la trampa.

178. Tubería adecuada para evitar golpe de ariete

179. El flotador hueco de las trampas flotantes también puede ser dañado por el golpe de ariete. Tampoco son adecuadas las trampas de balde invertido, ya que los golpes de ariete pueden romper el balde o torcerlo. Para tratar de eliminar los golpes de ariete en su origen es preciso conocer los puntos en que suelen producirse .

180. Algunas recomendaciones: a.- No abrir las válvulas rápidamente, hacerlo gradualmente, sino el vapor arremeterá al condensado antes que pueda ser purgado por las trampas. b.- Limpiar mallas de los filtros. c.- Selección adecuada de las trampas y correcta instalación, verificándose que funcionen correctamente.

181. d.- Dar la inclinación (1/2” por cada 10 pies de longitud) adecuada en tramos rectos de considerable longitud. e.- Purgar adecuadamente todos los puntos de la línea principal de vapor donde se prevea la formación de condensado. No basta contar con una trampa adecuada sino que se deben instalar separadores o trozos de tubería en “T” como receptores de condensado. Si se instalan filtros en la tubería principal para proteger el equipo tal como válvulas reductoras, deben ser colocadas en tramos horizontales; esto evitará que se junte condensado en el cuerpo del filtro, para ser recogido y acarreado por la masa de vapor

182. M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A. U.C.S.M. INSTALACIÓN DE UN MEDIDOR DE VAPOR 1.- Unidad de medición 2.- Transmisor de presión diferencial 3.- Computadora de caudal 4.- Separador de humedad. 5.- Válvula de interrupción. 6.- Filtro tipo “y”. 7.- Válvula de retención. 8.- Sensor de presión 9.- Sensor de temperatura 1 5 4 3 2 8 7 6 9

183. CONDENSADO CORROSIVO

184. Sistema mostrando el alentamiento de un líquido corrosivo.

185. DRENAJE DE EQUIPOS CALENTADOS CON VAPOR Y CONTROLADOS TERMOSTATICAMENTE . Los radiadores para calentamiento de aire y otros equipos intercambiadores de calor en los que la presión de suministro de vapor es modulada para mantener una determinada temperatura, deben siempre permanecer libres de condensado .

186. Bajo condiciones de carga parcial, la válvula de control, ya sea auto-operada, neumática o de cualquier otro tipo, reduce la presión hasta que se elimina la presión diferencial que necesita la trampa para descargar. El sistema se anega y los intercambiadores se llenan de condensado .

187. El tipo de control de temperatura mostrado en la Fig. se conoce como control Modulante puesto que el suministro de vapor al intercambiador es aumentado gradualmente o reducido a medida que varía la temperatura del agua secundaria. Esto significa que la presión del vapor en el serpentín calefactor puede variar gradualmente desde la presión plena cuando la válvula está totalmente abierta, a prácticamente ninguna, cuando ella está cerrada.

188. Sistema de calentamiento controlado termostáticamente

189. Recomendación : El tipo de trampa mas adecuado es una de descarga continua del tipo flotante con venteo de aire incorporado.

190. TABLAS PARA LA SELECCIÓN DE TRAMPAS

191. ¿ Porqué es importante el vapor flash?

192. El vapor Flash es importante porque guarda calor o energía que pueden ser aprovechadas para una operación más económica de la planta; de lo contrario esta energía es desperdiciada.

193. Porcentaje de vapor flash que se forma cuando se descarga condensado a una presión menor.

194. ¿ Cómo se forma el vapor flash?

195. Cuando la presión se reduce, una cierta cantidad de calor sensible es liberado. Este calor es entonces absorbido en la forma de calor latente, lo cual causa que una cantidad de agua se convierta en vapor flash.

196. RECUPERACION DEL REVAPORIZADO

197. kg. de revaporizado por kg. de condensado

198. Sistemas de recuperación de revaporizado

199. BOMBA OPERADA POR PRESIÓN PARA RECUPERACIÓN DE CONDENSADO

200. OPERACIÓN DE LA BOMBA (LLENADO) 1. Si hay suficiente columna de llenado, la bomba se comienza a llenar. 2. El llenado permite al flotador subir. Válvula de retención de entrada abierta Válvula de alivio abierta. Válvula de admisión cerrada. La contrapresión mantiene la válvula de retención de salida cerrada.

201. OPERACIÓN DE LA BOMBA (DESCARGA) 1. La elevación del flotador dispara el mecanismo cerrando la válvula de alivio y abriendo la de admisión. Válvula de admisión abierta. Válvula de alivio cerrada. 2. El cuerpo de la bomba se presuriza y la contrapresión es rebasada. Válvula de retención de salida abierta 3. La bomba se vacía.

202. DIMENSIONAMIENTO: PUNTOS A CONSIDERAR Altura Bomba Elevación Procesos kg/h Receptor Vapor motriz Presión en la tubería de condensado

203. Extracción de condensado Para sistemas que presentan condiciones de anegamiento

204. Sistemas de recuperación de revaporizado

205. Sistemas de recuperación de revaporizado

206. Sistemas de recuperación de revaporizado

207. Sistemas de recuperación de revaporizado