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.

VaInGe-r_307 6

Para qu se usa el vapor?

7

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

PLANTAS DE FUERZA DE VAPOR

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.

Tablas del vapor

12

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

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

Condensacin del vapor y Transferencia de calor

Cuando el vapor condensa cede calor

(entalpa de evaporacin)

14

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.

Eliminacin de agua y aire en el vapor

VaInGe-r_307 15

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

Circuito tpico de vapor

16

Caldera

Marmita

Bomba.

Tanque alimentacin

Alimentacin

agua

Condensado

Condensado

Vapor

Vapor

Depsito con serpentn

Intercambiador

Aportacin agua

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.

Calderas de vapor

18

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.

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

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

Equipamiento calderas

21

Los objetivos del

equipamiento de

una caldera son: Funcionamiento

Seguridad

Eficiencia.

Equipamiento por funcionamiento

Sistema control nivel de

agua

Bomba alimentacin agua

Quemador combustible

Presostatos

Vlvulas interrupcin,

Manmetros, etc.

Equipamiento por seguridad

23

Indicadores de nivel

Alarmas de nivel

Vlvulas de seguridad

Vlvulas de retencin

alimentacin agua

Presostato

Normativas de construccin

y ubicacin.

Indicadores de nivel

24

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

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.

Equipamiento por eficiencia

26

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.

Tanque de alimentacin - eficaz

27

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)

VaInGe-r_307 29

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?

Cuanto purgar? (ejemplo)

30

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

Cmo purgar la caldera?

31

Sonda conductiva

Controlador

Vlvula control

purga

Enfriador de muestras.

Sistema Automtico de Control de Sales

Purga de fondos temporizada

32

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.

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

Dimensionado de tuberas

35

+ Coste + Prdidas calor

+ Condensado

+ Velocidad

+ Cada de presin

+ Erosin.

Sobredimensionada

Subdimensionada

Cmo elegimos el tamao?

36

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

Golpe de ariete

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Pandeo en la tubera

Bolsa de condensado

Vibraciones y ruidos

causados por

golpe de ariete

Condensado

Inclinacin y drenaje de tuberas

VaInGe-r_307 39

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.

Eliminacin de aire

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Final lnea de vapor

Purgador

termodinmico

Aire

Eliminador

termosttico de aire

Condensado

Vapor

Reduccin en lneas de vapor

42

Vapor

Vapor

Condensado

Correcto

Incorrecto

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