J. M. PEDRONI Y ASOCIADOS S.A. INGENIERÍA DEL VACÍO APARATOS A JET
CALENTADORES DIRECTOS
Gral. Paunero 1428
Tel. (54-11) 4792 - 0392
B 1640 AAD - Martinez
Fax (54-11) 4792 - 0982
Provincia de Buenos Aires – Argentina RI-9001-1299
mail :
[email protected]
web : www. jmpedroni.com FM-0596-000 / Rev.: 2 / 19-06-07 / JMP
J.M.PEDRONI Y ASOCIADOS S.A.
Características generales: En muchos casos es posible calentar un líquido mezclándolo directamente con vapor, como ocurre cuando se desea calentar agua o soluciones acuosas ac uosas donde el aumento de dilución es poco importante. import ante. El método es, por cierto, el más simple y el más económico, ya que el intercambio de calor es por condensación
directa, sin que medie una supercie metálica a través de la cual hay que efectuar dicha transferencia. Un calentador directo bien concebido permite una calefacción silenciosa, libre de golpes. Se intercala simplemente en la cañería, sin que se requieran cambios articiales de dirección ni soportes, o se instala dentro de un tanque, según sea un proceso continuo o batch. Los aparatos pueden ser de dos tipos: a
educción o a inyección según sus características uido dinámicas, pero su construcción, salvo el número y diámetro de las toberas, es igual.
a) Calentador a educción de vapor (CE)
Consta, Fig. 1, de una tobera de mezcla por donde ingresa el agua en forma axial. En la supercie lateral de la misma hay dispuestas una serie de oricios inclinados en la dirección del ujo, por donde ingresa el vapor. En este aparato, el área de pasaje de los vahos vahos es grande, de modo que puede calentarse calentarse agua con vapor de baja, incluso de la misma presión que el agua, ya que el líquido primario experimenta una depresión por efecto Venturi Venturi dentro del aparato. La contrapresión puede ser igual y aún un poco mayor que la del agua ingresante. La temperatura máxima obtenible (o aproximación) es 10 grados menor que la de saturación del agua a la presión de entrada. Por ejemplo, el agua de 3 bar(e) hierve a 143 °C; por lo tanto, sólo puede calentarse calentarse a 133 °C. El rango de calentamiento calenta miento máximo (temperatura de salida menos temperatura de entrada) de 90 °C. Cuando presión de vapor disponible es muy bajaesy alto el rango, puedelaser necesario colocar dos aparatos en serie. También si se requiere mucha aproximación y alto rango simultáneamente.
Se construyen en fundición de hierro, con tobera de bronce, en su versiones estándar (tipo 501), pero pueden proveerse en acero inoxidable y materiales especiales. Las medidas y capacidades se dan en la tabla 1. En los tamaños más pequeños DN 40 y
DN 25 las conexiones son roscadas (ver Fig. 4 y tabla 1). El Fig.1:
Calentador a educción ó inyección de vapor bridado, tipo 501.
CE 50 puede ser alternativamente a bridas o roscado.Los CE 80 y mayores son bridados.
b) Calentador Venturi (CV)
Es un aparato que permite calentar agua a presión 2 a 4 Bar(e) con vapor de baja, aún a 0,5/1 Bar(e). Se trata de una variante del calentador a educción, pues sus dimensiones generales son externos e iguales, que tiene modicaciones en la tobera, que permiten atender condiciones excepcionales y así aprovechar el contenido calórico del vapor exhausto. Ellas se muestran en la g. 2) y son las siguientes: El agua a presión se expande a elevada velocidad en la tobera e induce el ingreso de vapor, sin generar ruidos, golpes de ariete y trepidaciones. Una vez producido el calentamiento de mezcla, el líquido ingresa
en el difusor divergente, donde aumenta la presión a costa de reducirse la velocidad. Este aparato puede emplearse también como condensador al vacío en los casos en que la cantidad de aire Fig.2:
PP: FM-0596-000 / Rev.2
Calentador Venturi, bridado, tipo 505.
y otros gases es muy pequeña respecto del caudal de vapor.
2 de 5
J.M.PEDRONI Y ASOCIADOS S.A. c) Calentador a jet de vapor (CJ)
Este calentador de línea descansa en el mismo principio que los sifones sif ones de vapor, frecuentemente utilizados para bombear líquidos con vapor como uido motor, pero, en este caso, esta función f unción es complementaria con la de calentar el líquido aspirado y, por ello, a veces es la mejor solución técnica. A diferencia de los restantes modelos de calentadores, el líquido ingresa por una conexión lateral mientras que el vapor y la descarga quedan en línea con el caño, (Fig. 3). Sobre el ala de la brida de ingreso hay una conexión para ingresar aire, como amortiguador en casos extremos. Las dimensiones generales y capacidades máximas se indican en la Tabla 1.
El calentador a jet puede aspirar y calentar dos corrientes, característica c aracterística Fig.3:
que se aplica para llevar a cabo una reacción química, cuya velocidad crece con la temperatura.
Calentador a jet de vapor, tipo 506.
d) Calentador a inyección de vapor (CI) Este aparato, Fig. 4, se utiliza cuando se dispone vapor a presión 2 o más veces mayor que la del agua. La disposición disposición general es la misma que el a educción, pero, esta vez,
el área de los oricios oricios de las toberas de vapor es sustan sustancialmente cialmente menor que en el caso an terior. El rango máximo de calentamiento calentamiento es de 60 ºC y la contrapresión contra presión puede ser hasta de 1 bar mayor que la de entrada del agua.
Se construye en fundición de hierro con tobera de bronce y conexiones roscadas en su versión estándar (tipo 500) o bridadas (tipo 501) en los Fig.4:
DN 50 o mayores, pero se puede proveer en materiales especiales.
Calentador a inyección ó educción de vapor, roscado, tipo 500.
Las dimensiones generales y capacidades máximas se indican en la Tabla 1.
Tabla 1: Medidas (mm) y capacidades Q (dm3/s de agua) de calentadores tipo CE 501, CI 500, CV 505, CE 500 y CJ 506
CE 501 CI 501
TIPO
110
7
25,2
492
141
130
18
64
150
694
200
165
40
144
150 10
200 15
896
32
254 54
200 26
80 0,15
288 0,54
20
15
20
37
60
31
0,31
1,08
25
25
20
25
47
83
39
0,5
1 ,8
40
40
25
40
57
113
49
1,4
5,04
50
50
40
50
69
153
54
3
10,8
50
40
50
50
255
94
100
3
10,8
80
50
80
80
362
120
110
7
25,2
100
80
100
100
492
141
130
16
36
150
100
150
150
694
200
165
40
144
200
80
288
φ2
φ3
a
b
c
50
50
40
50
255
94
CE 501
80
80
50
80
362
CI 501
100
100
80
100
CV 505
150
150
100
200 15
200 15
CE 500
20
CI 500
CE 500 CI 500 CJ 505
PP: FM-0596-000 / Rev.2 Rev.2
120
φ1
CV 505
CJ 506
Q m3/h
100
Q dm3/s 3
TAMAÑO
150 200 200 896 254 200 MATERIALES ESTANDAR: Hierro fundido fundido con tobera de de bronce. AISI 316 fundido.
10,8
3 de 5
J.M.PEDRONI Y ASOCIADOS S.A. e) Calentadores a inyección para tanques tanques El calentador para tanque tiene dos versiones:
inyectar e.1 El e.1 El calocirculador para tanque (CCIT):, (Fig. 5) puede inyectar gran cantidad de vapor, promoviendo una efectiva macrocirculación en el tanque. Se emplea en tanques de más de 1,5 m de profundidad. La brida del vapor sirve, además, para sujetarlo. Fig.5:
Calocirculador bridado para tanque, tipo 504.
El aparato puede tener, opcionalmente, una conexión para introducir aire comprimido, que actúa como amortiguador y aminora ruidos y vibraciones al tiempo que mejora la circulación. Normalmente no hace falta, pero lo es en los casos más difíciles. e.2 ) La tobera tobera calomezcladora para tanque (CMIT ) ),, Fig. 6 se utiliza
cuando se quiere distribuir más uniformemente uniformemente la aplicación del vapor, para lo cual se coloca un mayor número de aparatos repartidos en
el fondo del tanque. Se emplea en tanques de menos de 1,5 m de profundidad con relación diámetro/nivel mayor a 2. Las dimensiones generales y capacidades de inyección de vapor(w) de ambos se indican en la Tabla 2. Fig.6: Tobera calomezcladora roscada para tanque, tipo 503.
Tabla 2: Medidas (mm) y capacidades w (inyección de vapor ) de calocirculadores CCIT 504 y toberas calomezcladoras CMIT 503. TIPO CCIT 504 CCIT
CMIT 503 CMIT
TAMAÑO
φ1
φ2
L
w g/s
w kg/h
20
20
31
216
36
130
25
25
40
274
58
210
40
40
60
419
142
511
50
50
79
537
233
839
80
80
125
721
524
1888
15
15
25
88
15
52
20
20
40
133
36
130
25
25
50
168
58
209
MATERIALES ESTANDAR : CCIT : HIERRO FUNDIDO CON TOBERA TOBERA DE AISI316 Ó TOBERA Y CUERPO DE AISI 316
CMIT : PTFE
Cálculo de la cantidad de vapor necesario necesa rio y elección del equipo
El caudal de vapor a inyectar se calcula calcula fácilmente con un balance calórico: a) Caso de un calentador de línea:
c L = calor especíco del líquido kJ/kg K
(para el agua c = 4,187) L
µ =
c L ( t 2 − t 1 )
H v = Entalpía del vapor kJ/kg
H v − c L t 2
t 1 = Temperatura entrada del líquido, ºC t 2 = Temperatur Temperaturaa salida del líquido, ºC µ = kg de vapor requerido por kg de líquido
PP: FM-0596-000 / Rev.2 Rev.2
4 de 5
J.M.PEDRONI Y ASOCIADOS S.A.
Ejemplo: Calentar 6 dm3/s (21.600 kg/h) de agua desde 30ºC hasta 60ºC empleando vapor de 3 Bare. En este caso: 4,187 (60 - 30)
µ =
= 0,051
c = 4,187 kJ/kg K
t = 30ºC
H v = 2738
t = 60ºC
L
2738 - 4,187 x 6 0
kJ/kg
1
2
Para 6 kg/s de agua se requiere: 6 x 0,051 = 0,303 kg/s (1091 kg/h)
El aparato necesario es un CE 80 b) Caso de un calentador para tanque
Si M es es la masa de agua contenida en el tanque y se la quiere calentar en un tiempo θ : M = Masa del líquido a
w=
M c L ( t 2 − t 1 ) θ H − c t v
L 2
calentar, kg θ = tiempo requerido, s (o bien h) w = caudal de vapor, kg/s (o bien kg/h) ( Las letras restantes tienen igual signicado que en el caso caso a)
Si fuera como antes, calentar agua de 30 a 60ºC con vapor de 3 Bare, en un tanque de 20 ton, en 2 horas:
El modelo CCIT 40 admite 142 g/s (511 kg/h). Es el adecuado en el caso de un tanque profundo. w =
20000
4,187 (60 - 30)
2
2738 - 4,187 x 6 0
= 505 kg/h
En un tanque playo es preferible dividir el ujo de vapor. Si se utilizan calentadores tipo CMIT, CMIT, para distribuir la inyección uniformemente, uniformemente, harían falta 4, tamaño CMIT 20. Aplicaciones típicas de los calentadores calentadores directos:
Calentamiento de agua en línea
Calentamiento con circulación interna en tanques
PP: FM-0596-000 / Rev.2 Rev.2
Recirculación y calefacción externa para tanques
Calefacción un uniforme a un tanque playo
5 de 5
