Distribución Del Vapor

 

DISTRIBUCIÓN DEL VAPOR

 

INTRODU INTRODUCCIÓN CCIÓN DEL VAPOR VAPOR El sistema dedel distribución de vaporLa esfuente un enlace importante entre puede la fuente generadora vapor y el usuario. gene generadora radora de vapor ser una caldera o una planta de cogeneración.

Esta debe proporcionar vapor de buena calidad en las condicione de caudal y presión requeridas, y debe realizarlo con las mínimas perdidas de calor y atenciones de mantenimiento

 

observaremos la distribución del vapor saturado seco como un transporte de energía calorífica al lugar de utilización, para aplicaciones de intercambio de calor de espacios

 

Fundamento de los sistemas de vapor

 

Presión de trabajo La presión a la que el vapor debe distribuirse d istribuirse esta parcialmente determinada por el equipo de la planta que requiere una mayor presión Cuando se seleccione la presión de trabajo debe tomarse en cuenta: presión Caída

requerida en el punto de utilización

de presión a lo largo de la tubería tube ría debido ala resistencia al paso del fluido

Perdidas

de calor en la tubería

 

El vapor a alta presión ocupa menos volumen por kilogramo que el vapor a baja presión. Por tanto, si el vapor se genera en la caldera a una presión muy superior a la requerida por su aplicación, y se distribuye a esta presión superior, el tamaño de las tuberías de distribución será mucho menor para cualquier caudal. La Figura 2 ilustra este este pun punto. to.

 

La generación y distribución de vapor a una presión elevada tendrá las siguientes ventajas:  Se

requieren tuberías de distribución de vapor de menor diámetro.

 Menor

coste de las líneas de distribución, en materiales como tuberías, bridas, soportes, y mano de obra.

 Menor  Vapor  La

coste del aislamiento.

más seco en el punto de utilización

capacidad de almacenamiento térmico de la caldera aumenta y ayuda a

soportar de forma más eficiente las fluctuaciones carga, reduciendo reducien do el riesgo de arrastres de agua y de impurezas con el vapor ade condiciones máximas. Si se distribuye a altas presiones, será necesario reduc reducir ir la presión de vapor en cada zona o punto de utilización del sistema, con el fin de que qu e se ajuste a lo que la aplicación requiere.

 

Al elevar la presión del vapor, los costes serán más altos también, pues ello requiere más combustible. Siempre es prudente comparar los costes que representa elevar e levar la presión del vapor a la máxima presión necesaria (quizás la máxima presión del equipo), con cada uno de los beneficios potenciales mencionados anteriormente.

 

Se dará con frecuencia el caso de que por razones técnicas sea beneficiosa la distribución del vapor a presiones más altas que la máxima presión requerida. Esta situación requerirá que la presión de vapor se reduzca en el punto de utilización para ajustarse a los requerimientos de los equipos.

 

Dimensionado de tuberías Las tuberías se pueden seleccionar basándose en e n una de las dos características:  Velocidad del fluido  Caída

de presión

En cada caso es sensato realizar la comprobación utilizando el método alternativo, para asegurar que no se exceden los límites.

 

Efectos del sobredimensionado y subdimensionado de tuberías Sobredimensionar las tuberías significa que:  Las tuberías serán más caras de lo necesario. formará  Se formará

un mayor volum volumen en de condensado a causa causa de las mayores pérdid pérdidas as de

calor.  La

calidad de vapor y posterior entrega de calor será más pobre, debida al mayor volumen de condensado que se forma.

 Los

costes de instalación serán mayores.

 

Subdimensionar Subdimensio nar las tuberías tuberías signifi significa ca que:  La

velocidad del vapor y la caída de presión serán mayores, generando una presión

inferior a la que se requiere en el punto de utilización.  El volumen de vapor será insuficiente en el punto de utilización.  Habrá

un mayor riesgo de erosión, golpe de ariete y ruidos, a causa del aumento de velocidad.

 

Estándares y espesores de tuberías •

El estándar de tubería mas común es el Schedule desarrollado por la api (american petroleum institute) el cual indica que lla a clasificación de la tubería se realiza según el espesor de dicha tubería.

 

Clasificación • El schedule se

relaciona con la presión nominal de la tubería en total son 11 (once).

• Tenemos:

5,10,20,30,40,50,60,80 ,120,140 y el Schedule 160

Norma técnica de fabricación: Según norma n orma ASTM A53 Comprende dos tipos (grados) Grado A: 

Schedule 10



Schedule 20



Schedule 30



Schedule 40

Grado B (tratamiento térmico): Schedule 40

 

Las series mas utilizadas son: Schedule 40 para bajas

presiones

Schedule 80 para medianas presiones

Schedule 160 para altas presiones

 

•

Sólo los Schedule 40 y 80 cubren la gama completa de medidas nominales y son los Schedule utilizados más comúnmente para instalaciones de tuberías de vapor. Mostraremos mayor interés en tuberías del Schedule 80 (denominado también ‘extra strong) por ser el mas utilizado para las instalaciones Tubería de acero al carbono API 5L/ASTM A53/A 106

 

•

DFD

 

Dimensionado de tuberías según la velocidad del vapor Consideraciones: Si se dimensiona la tubería tubería en función de de la velocidad, entonces entonces los cálculos se basan en el volumen de vapor que se transporta con relación a la sección de la tubería. Para tuberías de distribución de

vapor saturado seco, la experiencia m/s,, pero demuestra que son razonables las velocidades entre 25 - 40 m/s deben considerarse como el máximo sobre la cual aparecen el ruido y la erosión, particularmente particularmente si el vapor es húmedo.

Incluso estas velocidades pueden ser altas en

cuanto a sus efectos sobre la caída de presión. En líneas de suministro de longitudes considerables, es frecuentemente frecuentemen te necesario restringir las velocidades a 15 m/s si se quieren evitar grandes caídas de presión.

 

Calculo de tamaño de tubería siguiendo proceso matemático Se necesita la siguiente información:

A partir de esta información se puede calcular la sección de tubería

 

Esta formula puede arreglarse para despejar el diámetro de la tubería

Esto nos dará el diámetro de la tubería en metros. fácilmente puede pasarse a milímetros multiplicando por por…………………….. ……………………..

 

Ejemplo Se requiere dimensionar una tubería para transportar 5.000kg/h de vapor saturado seco a 7 bar , 170°c y una velocidad de 25 m/s

 

Por lo tanto utilizando

 

Método grafico para calculo de tuberías a partir de la velocidad Este método funcionará si se conocen los siguientes datos: presión de vapor, temperatura (si es recalentado), caudal y velocidad. Del ejemplo anterior:

Se requiere dimensionar una tubería para transportar 5.000kg/h de vapor saturado seco a 7 bar , 170°c y una velocidad de 25 m/s

 

Grafico para dimensionar tuberías para vapor saturado y vapor recalentado

 

Continuación………………….

 

Dimensionado de tuberías según la caída de presión

A veces que la presión alimenta alime ntaesunesencial dete determin rminado ado equi equipo po del no vapor caiga que por debajo deb ajo de un mín mínimo imo es espec pecifi ificad cado, o, con el fin de mantener la temper temperatura, atura, y de est este e modo as asegurar egurar que los factores de intercambio de calor de la planta mantengan las condiciones de plena carga. En estos casos, es apropiado dimensionar la tubería conlaelpresión método de la ‘caída presión’, utilizando conocida en elde extremo de alimentación de la tubería y la presión requerida en el punto de utilización.

 

Método grafico de caída de presión Se deben conocer las siguientes variables: temperatura del vapor, presión, caudal y caída de presión. Ejemplo: Se pretende dimensionar una u na tubería para transportar 20 000 k kg/h g/h de vapor b ar r y 300°C, con una caída de presión d de e 1recalentado bar/100m. a una presión de 15 bar

 

Método grafico

 

Continuación…

 

Purgadores y colectores En cualquier tubería de vapor, parte del vapor condensará a causa de las pérdidas por radiación. Por ejemplo, una tubería de 100 mm bien aislada, de 30 m de longitud, por la que fluye vapor a 7 bar, rodeada de aire a 10°C, condensará aproximadamente 16 kg de vapor por hora. Esto representa menos delcabo 1 % de una la capacidad de transporte del conducto, noprobablemente obstante significa que al hora, el conducto tendrá no sólo vapor, sino 16 litros de agua y progresivamente más a medida que pase el tiempo. Por tanto, debe preverse la purga del condensado. Si esto no se realiza de forma efectiva, aparecerán problemas de corrosión y golpe de ariete Siempre que sea posible, la tubería de distribución debe montarse con un descenso no inferior a 40 mm cada 10 m, en la dirección del flujo. Hay una buena razón para ello. Si la tubería asciende en la dirección del flujo, el condensado condensad o tratará de volver hacia abajo.

 

Golpe de ariete

 

•

Dentro de otras posibles causas del golpe de ariete podría deberse a la acumulación de condensado en la terminación de las líneas. Esto es solo una porción las razonesdedel porque ocu rre ocurre el golpe ariete.de Delaacuerdo ac uerdo para para eliminarde el problema raíz, se deberá realizar unde estudio tubería determinar las causas y el plan de contramedidas exactas.

 

Puntos de purga •

Las ventajas de elegir el tipo de purgador más apropiado para una determinada aplicación será en vano si el condensado no puede encontrar fácilmente el camino hacia el purgador. Por Por esta razón debe considerarse cuidadosamente el tamaño y la situación del punto de purga.

 

Purgadores definición Un purgador de vapor es un tipo de válvula automática que descarga el condensado producido en los procesos que consumen vapor y en los conductos de vapor, sin permitir que se descargue el vapor vapor..

TIPOS DE PURGADORES: Los purgadores pueden clasificarse por su funcionamiento en tres grandes grupos:

1ºTERMOSTÁTICO: Identifica el vapor y el condensado condensado mediante la diferenci diferencia a de Temperatura. El condensado debe enfriarse por debajo de la temperatura de vapor antes de ser s er eliminado.

2º MECÁNI MECÁNICO CO:: Operan mecánicamente mecánicamente por diferencia de densidades entre vapor vapor y condensado. El movimiento de una boya o una cubeta actúa sob sobre re la válvula.

 3ºTERMODINÁMICO  3º TERMODINÁMICO:: •

Trabaja por la difer diferencia encia de velocid velocidades ades entre vapor y condensado. La válvula consiste en un disco que se cierra por la alta velocidad del re-vaporizado y abre con la baja velocidad del condensado. condensado.

 

Termostático Ventajas: La válvula está totalmente abierta en el arranque, permitiendo la descarga de aire y la máxima salida de condensado cuando es mas necesario. Se auto-ajusta a las variaciones en la presión del vapor hasta la máxima para la cual es aplicable. Su mantenimiento es fácil.

Desventajas: El elemento extensible puede dañarse por golpes de ariete o condensados corrosivos (hoy en día se utilizan de acero inox)

 

Otro tipo de elementos termostáticos

 

Mecánico Ventajas: Necesita poco mantenimiento, son pocas las partes que pueden dañarse.

Desventajas: La salida está mas abajo que la entrada, esto proporciona un sellado con agua que impide la salida de vapor. vapor. Este sello impide la salida de aire, por lo que es necesario instalar una purga manual. Puede ser difícil obtener un buen asiento con el flotador. flotador.

 

Otros purgadores mecánicos

 

termodinámico

 

Ventajas: Son compactos, simples y ligeros con gran capacidad de descarga de condensado. c ondensado. Pueden usarse con altas presiones y vapor sobrecalentado No lo averían los golpes de ariete o vibraciones. Es de acero inox. por lo que presenta un alto grado de resistencia a los condensados corrosivos La única parte móvil es el disco, por lo que el mantenimiento se puede efectuar sin sacar el purgador de la línea. ·Desventajas: Puede descargar gran cantidad de aire en el arranque si la presión de entrada aumenta lentamente, pero un aumento rápido de presión provoca velocidad suficiente en el aire para cerrar el purgador igual que lo hace el vapor. La operación del disco es ruidosa.

 

Colectorr - distr distribuid ibuidor or de de vapor vapor Colecto Los sistemas de distribución de vapor conectan a las calderas con el equipo que en realidad utiliza vapor. vapor. Estos sistemas de distribución transportan el vapor hasta cualquier calorífica.sitio en la planta donde se necesita energía Los componentes principales de un sistema de distribución de vapor son: Los cabezales( Distribuidores de vapor ), Las tuberías principales, y

 

Soporte de tuberías Como breve introducción se menciona la dilatación en tuberías

Las tuberías siempre se instalan a temperatura ambiente. Cuando transportan fluidos calientes, como agua o vapor vapor,, funcionan temperaturas en superiores por lo tanto, expanden,aespecialmente longitud,y al pasar de se temperatura ambiente a la temperatura de trabajo. Esto creará tensiones en ciertas zonas del sistema de distribución, como las juntas de las tuberías, que pueden llegar a romperse. La dilatación puede calcularse mediante la siguiente ecuación, o encontrarse en los gráficos adecuados.

 

Ejemplo Encuentre la dilatación de 30m de tubería al pasar de temperatura ambiente (10°c) a 152°c (vapor a 4bar )

Alternativamente, se puede determinar la dilatación de la tubería mediante la Tabla Tabla

 

Calculo de la dilatación mediante tabla

 

Las tuberías se instalan

a temperatura ambiente

Cuando

se pone en marcha la instalación y aumenta la temperatura se dilatan dil atan aumentando su longitud

Esto

creara tensiones que pueden provocar deformaciones deformacio nes pandeos o rupturas



En algunos casos las tuberías tienen flexibilidad natural, según longitud y curvas. En otros casos deben incorporar elementos que compensen

estas dilataciones.  

Compensación de dilataciones

• •

Se suele utilizar cuando se dispone de espacio Debe montarse en horizontal y en el mismo plano que la tubería para evitar puntos de acumulación de condensado

 

Lira vertical

Cuando la lira se monta en vertical debe drenarse el tramo anterior para evitar golpes de ariete por acumulación de condensado

 

Fuelle

Se intercalan en la tubería ocupando poco espacio Deben estar perfectamente alineados con la tubería y esta tiene que estar bien anclada y guiada para que las fuerzas laterales no las soporte el fuelle

 

Tipos de Soportes