Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor: Ejemplo: Dimensionar la tubería de vapor saturado seco hasta el cuadro de

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  Ejemplo: Dimensionar la tubería de vapor saturado seco hasta el cuadro de regulación de vapor para alimentar un intercambiador de placas, con el cual se debe calentar agua a 55°C para un proceso. Calcular la cantidad de calor perdido por la tubería si no se encuentra aislada y las perdidas de calor si a la misma la aislamos. Calcular el ahorro de combustible. Datos: Consumo de vapor del intercambiador 1200 Kg/h a 3 bar  Presión a la salida de caldera 7 bar. Presión a la entrada del CVR 6,6 bar  Distancia desde caldera a el intercambiador 146 m Accesorios: 6 curvas a 90°, 2 válvulas esclusas. Temperatura ambiente promedio 22 °C

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  Calculo de caudal de Vapor : El intercambiador requiere 1200 Kg/h de vapor saturado seco, pero la cañería debe transportar esta cantidad más el vapor que se condensa debido a las pérdidas de calor. Como el diámetro de la cañería aun no esta determinado y como la tubería deberá estar aislada, se tomará un 1% más de caudal de vapor cada 30m de tubería por pérdidas de calor. Para nuestro caso sería

% increm. 

146m x 1%

Consumo total de vapor 

30 m

 4,87%

104,87% x 1200 Kg/h 100 %

 1260Kg/h

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  Determinación del diámetro de la tubería: De Tabla N° 8:

Vapor a 7 bar  v = 0,24 m3/Kg

Q = 0,24 m3/kg x 1260 Kg/h





t = 165°C

303 m3/h

Partiendo de la fórmula:

Q(m 3 /h)

d  18,88

v(m/seg)

Cañerías principales para el transporte de vapor saturado: ----------------- 25 a 35 m/seg Velocidades mayores a estas generarían ruido y erosión sobre todo si el vapor está humedo. Cañerías de derivación desde la cañería principal a los equipos: ---------- 15 m/seg

d  18,88

303 m 3 /h 25 m/seg



65,7 mm  Se adopta el diámetro próximo mayor = 80 mm = 3”

Se adopta una velocidad de 25 m/seg

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  Determinando el diámetro a través de tablas : De Tabla N° 2:

Ingresando con la velocidad adoptada 25 m/seg, la presión de caldera 7 bar y el caudal de vapor necesario se determina el diámetro de la tubería: Para 7 bar  25 m/seg



1260 Kg/h el diámetro de tubería aproximado es:

80 mm con una capacidad de 1750 Kg/h

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  Determinación del espesor de la tubería : Se adopta una tubería de acero al carbono A-53

  P x D    101,5 Psi x 3,5"    C x M    0,125" x 1,125  0,16 "  4 mm  2 x SE     2 x 12300  

e

Adoptamos un espesor de 5,49 mm SHEDUL 40

De Tabla N° 7.3: DN = 3” = 80 mm Dext = 88,9 Peso = 11,29 Kg/m

esp = 5,49 mm Dint = 77,92 mm

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  Calculo de la longitud equivalente de la tubería: Con el DN adoptado de 3 ” vamos a la Tabla Resistencia de Accesorios Cantidad

Tipo de Accesorio

Long. Equiv. (m)

Total (m)

6

Curvas a 90°

1,7

10,2

2

Válvulas esclusas

0,53

1,1

Cañería de DN 3”

46

146

Long. Equivalente Total

157,3

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  Verificación del diámetro de la tubería por caída de presión: Determinación de factor de presión:

F

P1  P2 Lequiv

De Tabla N° 8:

P1 = 56,38

P2 = 51,05

F

56,38  51,05 57,3

 0,034

De Tabla N° 9: Se ingresa con el valor del factor de presión calculado y se encuentra

un valor superior 0,04 y un valor inferior 0,03 a este. El valor 0,04 implica una caída de presión inferior a 6,6 bar, por lo tanto debemos elegir el siguiente valor inferior al calculado 0,03. Para F = 0,03 el valor x que cubre el consumo de vapor es x = 1480 Kg/h que corresponde a una tubería de DN = 80 mm. Con esta tubería se cumple con el requisito de capacidad. De esta manera la tubería hallada con el método de la caída de presión corresponde a DN = 80 mm, igual a la hallada con los anteriores métodos. Ahora se debe comprobar si aun nos encontramos dentro de los límites de velocidad requeridos para el vapor. Para obtener esto se prosigue de la siguiente manera:

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  De Tabla N° 9:

Con el DN = 80 mm se busca un factor de velocidad para un suministro de vapor próximo a 1260 Kg/h. Se obtiene x = 1367 Kg/h y = 83,70

y

Velocidad real vol.real

Vr = 83,70 x 0,24 = 20 m/seg La velocidad real es más baja que las velocidades máximas permitidas, como la tubería fue calculada para limitar la caída de presión se mantiene esta dimensión DN = 80 mm ya que trabajar con las máximas velocidades produce normalmente una alta caída de presión.

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor  Dilatación de la tubería : Temperatura del vapor a 7 bar = 165 °C Dilatación = L x

t

x

L = 146 m  t = 165 °C – 22 °C -3 mm/m °C  = 15 x 10 Dilatación = 146 m x 143 °C x 15 x 10-3 mm/m °C

Dilatación = 313 mm