capitulo v instalaciones de vapor completo 1.1 (3)
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Quinta Unidad
Instalaciones de Vapor
Industrial
-
Cmo se obtiene el vapor?
Si se aade calor al agua,
su temperatura aumenta
hasta alcanzar un valor
llamado temperatura de
saturacin
Un nuevo aporte de
energa har que el agua
hierva y se convierta en
vapor.
-
Cmo se obtiene el vapor?
La evaporacin requiere
una cantidad importante
de energa y mientras se
est produciendo, el
agua y el vapor formado
tienen la misma
temperatura
Cuando el vapor libera
esta energa se convierte
en agua, sin cambio de
temperatura.
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-
Para qu se usa el vapor?
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Agua + Calor = Vapor
Vapor - Calor = Agua
El vapor es un transportador energa.
Despus de utilizarse como fuerza motriz, se descubri que el vapor tambin era muy eficaz como medio de transferencia de energa calorfica
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PLANTAS DE FUERZA DE VAPOR
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Porqu se usa el vapor?
Para su produccin se utiliza agua: Abundante, Barata, Fcil de obtener
Es muy controlable: A cada presin le corresponde una temperatura, una
energa especfica, un volumen especfico
Transporta cantidades de energa elevadas por
unidad de masa: Menor superficie de intercambio en los procesos y menor
cantidad de fluido usado
Es estril y de fcil distribucin y control.
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Tablas del vapor
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ENTALPIA ESPECIFICA Presin
manom-
trica (bar) Temp.
C Agua
kJ / kg
Evaporacin
kJ / kg Total
kJ / kg
Volumen
especfico
m3 / kg
0
1
2
3
4
5
6
7
100
120.42
133.69
143.75
151.96
158.92
165.04
170.5
419
506
562
605
641
671
697
721
2257
2201
2163
2133
2108
2086
2066
2048
2676
2707
2725
2738
2749
2757
2763
2769
1.673
0.881
0.603
0.461
0.374
0.315
0.272
0.24
Presin
absoluta
bar
1
2
3
4
5
6
7
8
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Calidad del vapor
Vapor Saturado No contiene gotas de agua lquida
Vapor Hmedo Contiene gotas de agua
Aumenta la erosin y reduce la transferencia de calor
Vapor Sobrecalentado Temperatura por encima del vapor saturado
Se utiliza habitualmente para turbinas
Es importante que el vapor utilizado para
procesos sea lo ms seco posible
VaInGe-r_307
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Condensacin del vapor y Transferencia de calor
Cuando el vapor condensa cede calor
(entalpa de evaporacin)
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En un recipiente con un producto calentado con vapor a travs de un serpentn, el vapor condensa cediendo su entalpa de evaporacin a la pared metlica del serpentn, el cual la transfiere al producto
A medida que el vapor condensa, se forma agua que debe ser drenada.
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Eliminacin de agua y aire en el vapor
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Solucin a los problemas de agua y aire: Purgadores
Eliminadores
Son vlvulas automticas que abren en presencia de
agua o aire y cierran con vapor
Purgador
Eliminador aire
Marmita
Purgador
Eliminador aire
Final tubera
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Circuito tpico de vapor
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Caldera
Marmita
Bomba.
Tanque alimentacin
Alimentacin
agua
Condensado
Condensado
Vapor
Vapor
Depsito con serpentn
Intercambiador
Aportacin agua
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Instalaciones de vapor
El vapor debe estar disponible en el punto de uso
satisfaciendo los siguientes factores: Cantidad suficiente
Presin y temperatura correcta
Libre de aire y gases incondensables
Limpio
Seco.
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Calderas de vapor
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La caldera es el equipo
que convierte agua en
vapor aplicando calor
De su correcta eleccin y
equipamiento depende en
buena parte el
rendimiento total del
sistema
Hay dos tipos de calderas,
segn la disposicin de
los fluidos: Pirotubulares
Acuotubulares.
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Calderas Pirotubulares
Calor por el interior de los
tubos
Agua por el exterior de los
tubos
Para presiones mximas de
20 bar y consumos hasta 30
T/h
Son econmicas, de alto
rendimiento y fcil
mantenimiento.
19
2 paso (tubos)
1 paso (horno)
Vapor
Gases de
combustin
Cmara de evaporacin
Quemador
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Calderas Acuotubulares
20
Calor por el exterior de
los tubos
Agua por el interior de
los tubos
Son ms seguras
Se usan normalmente
para presiones altas. Calor
Agua
Vapor
Domo inferior
Domo superior
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Equipamiento calderas
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Los objetivos del
equipamiento de
una caldera son: Funcionamiento
Seguridad
Eficiencia.
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Equipamiento por funcionamiento
Sistema control nivel de
agua
Bomba alimentacin agua
Quemador combustible
Presostatos
Vlvulas interrupcin,
Manmetros, etc.
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Equipamiento por seguridad
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Indicadores de nivel
Alarmas de nivel
Vlvulas de seguridad
Vlvulas de retencin
alimentacin agua
Presostato
Normativas de construccin
y ubicacin.
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Indicadores de nivel
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Nivel agua normal
(control
modulante)
Alarma de nivel alto
Paro bomba o vlvula alim. cerrada
Marcha bomba o vlvula alim. abierta
1 Alarma de nivel bajo
2 Alarma de nivel bajo
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Alarmas de nivel
Las alarmas de nivel detectan niveles bajo o alto y
paran la caldera. Existen dos tipos:
Alarmas de nivel estndar: Para sala de calderas con vigilancia continua
Alarmas de nivel de alta seguridad: Con auto verificacin
Para sala de calderas sin vigilancia continua.
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Equipamiento por eficiencia
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Tratamiento del agua de
alimentacin
Control purgas de caldera
Recuperacin de calor en
las purgas
Control de la combustin
Recuperacin de calor en
los humos de combustin.
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Tanque de alimentacin - eficaz
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Retorno de
condensados
a Caldera
Sistema de
recirculacin
Agua de
aportacin
Revaporizado
de las
purgas
Cabezal
mezclador y
desaireador
Venteo
Control de nivel
Control de
temperatura
Tanque alimentacin
-
Produccin de vapor
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Vapor limpio y seco
Agua de
alimentacin
con impurezas Acumulacin
de impurezas
en la caldera
Eliminacin
de impurezas.
-
Produccin de vapor (ejemplo)
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Agua alimentacin con:
250 ppm = 0,25 gr / litro
Produccin vapor: 10.000 kg / h
Acumulacin de impurezas:
1 Hora: 0,25 x 10.000 = 2,5 kg
10 Horas: 2,5 x 10 = 25 kg
100 Horas:2,5 x 100 = 250 kg
PURGANDO
Cmo evitarlo?
Cuanto?
Cmo?
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Cuanto purgar? (ejemplo)
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Agua alimentacin con:
250 ppm = 0,25 gr/litro
Produccin vapor:
10.000 kg/h
Valor de sales recomendado:
Entre 2000 y 4000 ppm
(dependiendo de la caldera)
ppm(entrada) x Produccin 250 x 10.000
Cantidad purga = = = 909 kg/h ppm (deseado) ppm (entrada) 3000 250
Prdidas de energa
+ Purga Prdidas de agua
Prdidas de tratamiento
Aumento de sales Purga Aumento de espumas Arrastres de agua con vapor
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Cmo purgar la caldera?
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Sonda conductiva
Controlador
Vlvula control
purga
Enfriador de muestras.
Sistema Automtico de Control de Sales
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Purga de fondos temporizada
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Vlvula con actuador
neumtico Temporizador
-
Agua con el vapor
Las calderas producen arrastres de agua con el
vapor por: Produccin a baja presin
Demanda excesiva
Nivel de agua alto
Formacin de espuma por alta concentracin de sales.
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Distribucin del vapor
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La distribucin a alta presin tiene las siguientes ventajas:
Tubera de vapor mas pequea con menor prdida de calor y coste de material
En los procesos con presin mas baja, la reduccin mejora la calidad del vapor
La caldera tiene mayor rendimiento trabajando con presin alta.
Distribuidor vapor
Sistema de purga
Estacin reductora presin
Vapor de caldera Separador
Vapor alta presin
Eliminador
Aire
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Dimensionado de tuberas
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+ Coste + Prdidas calor
+ Condensado
+ Velocidad
+ Cada de presin
+ Erosin.
Sobredimensionada
Subdimensionada
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Cmo elegimos el tamao?
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Considerando: Velocidad y Cada de presin
La velocidad del vapor no debe sobrepasar:
En lneas principales 25 a 35 m/seg
En derivaciones 20 a 25 m/seg.
La cada de presin no debe superar un determinado
valor, para asegurar que el vapor llega a los puntos de
consumo con la presin necesaria
L
Caudal vapor
P1 P2
-
Drenaje de tuberas
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Vapor Separador
Vlvula V.retencin Purgador Detector fugas Filtro Vlvula
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Golpe de ariete
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Pandeo en la tubera
Bolsa de condensado
Vibraciones y ruidos
causados por
golpe de ariete
Condensado
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Inclinacin y drenaje de tuberas
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Las tuberas de vapor deben drenarse en : Puntos bajos Tramos rectos (cada 50 metros mximo) Finales de lnea.
Vapor
Elevacin
Puntos de drenaje
30 - 50m
Inclinacin 1/250 Flujo vapor
-
Puntos de drenaje
40
Correcto
Condensado
Pozo de goteo Conjunto purgador
Seccin
Seccin
Conjunto purgador
Vapor
Vapor
Incorrecto.
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Eliminacin de aire
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Final lnea de vapor
Purgador
termodinmico
Aire
Eliminador
termosttico de aire
Condensado
Vapor
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Reduccin en lneas de vapor
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Vapor
Vapor
Condensado
Correcto
Incorrecto
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Filtros en alimentacin de vapor
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Los filtros en las lneas de vapor, pueden ser una fuente
de problemas de golpes de ariete. Para evitarlos deben
montarse con la cesta en posicin horizontal.
Filtro
Vlvula de control
Vapor