El Vapor en la Industria por Spirax Sarco

7/22/2019 El Vapor en la Industria por Spirax Sarco

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El vapor en la Industria


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Objet ivo

Con esta presentacin se pretende trasladarideas generales y bsicas para facilitar un mejor

conocimiento del vapor y los sistemas de

generacin, distribucin y aplicacin, para que

los tcnicos responsables del diseo, montaje,

operacin y mantenimiento puedan obtener

mejoras en la produccin y en la eficiencia

energtica.


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Programa

Principios bsicos del vapor Circuito de vapor

Equipamiento sala de calderas

Distribucin del vapor Equipos de proceso

Retorno del condensado


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Ques el vapor?

Aplicando calor: El hielo pasa a lquido

La temperatura dellquido aumenta

El lquido se convierteen gas (vapor saturado)

Aplicando ms calor se

obtiene vapor sobrecalentado

Centraremos la atencin en las

fases lquido / gasy en el cambio

de una a la otra.

El agua puede estar en tresestados:

Slido

Lquido

Gas (vapor)


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Cmo se obtiene el vapor?

Si se aade calor al agua,

su temperatura aumentahasta alcanzar un valorllamado temperatura desaturacin

Un nuevo aporte de energahar que el agua hierva y seconvierta en vapor.


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Cmo se obtiene el vapor?

La evaporacin requiereuna cantidad importante deenerga y mientras se estproduciendo, el agua y elvapor formado tienen lamisma temperatura

Cuando el vapor libera estaenerga se convierte enagua, sin cambio detemperatura.


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Para quse usa el vapor?

Agua + Calor = Vapor

Vapor - Calor = Agua

El vapores un transportador energa.

Despus de utilizarse como fuerza motriz, se descubri que

el vapor tambin era muy eficaz como medio detransferencia de energa calorfica


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Dnde se usa el vapor?

En la actualidad se usa como fuerza motriz en laproduccin de energa elctrica (turbinas)

Como medio de transferencia de calor existenmultitud de industrias:

Petroqumica, Qumica, Farmacutica, Metalrgica,Naval, Textil, Papelera, Cervecera, Tabacalera,

Alimentacin, Bebidas, Caucho, Servicios, etc

En procesos muy diversos:

Calentar, evaporar, fundir, esterilizar, secar,humidificar, cocinar, lavar, planchar, vaco, etc.


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Porquse 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 porunidad 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 vapo r

ENTALPIA ESPECIFICAPresin

manom-

trica (bar)Temp.

CAgua

kJ / kg

Evaporacin

kJ / kg

Total

kJ / kg

Volumen

especfico

m3 / kg

0

12

3

4

5

6

7

100

120.42133.69

143.75

151.96

158.92

165.04

170.5

419

506562

605

641

671

697

721

2257

22012163

2133

2108

2086

2066

2048

2676

27072725

2738

2749

2757

2763

2769

1.673

0.8810.603

0.461

0.374

0.315

0.272

0.24

Presin

absoluta

bar

1

23

4

5

6

7

8


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Cal idad del vapo r

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


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Barreras en la trans ferenc ia de calor

Paredmetlica

Capas de

suciedad Producto

Productoa

calentarVapor

Aire Condensado


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Eliminacinde agua y aire en el vapor

Solucin a los problemas de agua y aire:

Purgadores

Eliminadores

Son vlvulas automticas que abren en presencia de aguao aire y cierran con vapor

Purgador

Eliminador aire

Marmita

Purgador

Eliminador aire

Final tubera


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Circu ito tp ico de vapor

Caldera

Marmita

Bomba.

Tanque alimentacin

Alimentacin

agua

Condensado

Condensado

Vapor

Vapor

Depsito conserpentn

Intercambiador

Aportacin agua


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Instalaciones de vapo r

El vapor debe estar disponible en el punto de usosatisfaciendo los siguientes factores:

Cantidad suficiente

Presin y temperatura correcta

Libre de aire y gases incondensables Limpio

Seco.


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Calderas de vapor

La caldera es el equipo

que convierte agua envapor aplicando calor

De su correcta eleccin yequipamiento depende en

buena parte el rendimientototal del sistema

Hay dos tipos de calderas,segn la disposicin de losfluidos:

Pirotubulares

Acuotubulares.


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Calderas p irotubu lares

Calor por el interior de

los tubos Agua por el exterior de

los tubos

Para presiones

mximas de 20 bar yconsumos hasta 30T/h

Son econmicas, dealto rendimiento y fcilmantenimiento.

2 paso (tubos)

1 paso (horno)

Vapor

Gases de

combustin

Cmara de evaporacin

Quemador


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Equ ipam iento calderas

Los objetivos delequipamiento deuna caldera son:

Funcionamiento

Seguridad Eficiencia.


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Contro l de nivel modulante

Bomba agua

alimentacin

Vlvula con

actuador elctrico

Sonda capacitiva

LP20 / PA20

Recircu-

lacin

ControladorLC2200


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Equ ipamiento po r segur idad

Indicadores de nivel

Alarmas de nivel

Vlvulas de seguridad

Vlvulas de retencinalimentacin agua

Presostato Normativas de construccin

y ubicacin.


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Indicado res de n ivel

Nivel agua normal

(control

modulante)

Alarma de nivel alto

Paro bomba o vlvula alim. cerradaMarcha bomba o vlvula alim. abierta

1 Alarma de nivel bajo

2 Alarma de nivel bajo


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A larmas de n ivel

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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Equipam iento po r ef ic ienc ia

Tratamiento del agua de

alimentacin Control purgas de caldera

Recuperacin de calor enlas purgas

Control de la combustin

Recuperacin de calor enlos humos de combustin.


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Produccin de vapor

Vapor limpio y seco

Agua de

alimentacin

con impurezas Acumulacin

de impurezasen la caldera

Eliminacinde impurezas.


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Cuanto purgar? (ejemp lo )

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/hppm (deseado)ppm (entrada) 3000250

Prdidas de energa

+ Purga Prdidas de agua

Prdidas de tratamiento

Aumento de sales Purga Aumento de espumas

Arrastres de agua con vapor

C l ld ?


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Cmo purgar la caldera?

Sonda

conductiva

Controlador

Vlvula controlpurga

Enfriador de muestras.

Sistema Automtico de Control de Sales

P d f d t i d


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Purga de fondos tempo r izada

Vlvula con actuadorneumtico Temporizador


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Di i d d t b


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Dimens ionado de tuberas

+Coste

+ Prdidas calor

+ Condensado

+ Velocidad+ Cada de presin

+ Erosin.

Sobredimensionada

Subdimensionada

C l i l t ?


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Cmo eleg imos el tamao?

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 determinadovalor, para asegurar que el vapor llega a los puntos deconsumo con la presin necesaria

L

Caudal vapor

P1 P2


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G l d i t


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Golpe de ariete

Pandeo en la tubera

Bolsa de condensado

Vibraciones y ruidos

causados por

golpe de ariete

Condensado


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Fi l tros en al imen tacin de vapo r


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Fi l tros en al imen tacin de vapo r

Los filtros en las lneas de vapor, pueden ser una fuentede problemas de golpes de ariete. Para evitarlos debenmontarse con la cesta en posicin horizontal.

Filtro

Vlvula de control

Vapor

Conexin de las derivaciones


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Conexin de las derivaciones

La conexin de una

derivacin por la parte altade la tubera principalasegura un vapor ms secoen el proceso.

CorrectoIncorrecto

CondensadoCondensado

Vapor Vapor

Drenaje de una derivacin


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Drenaje de una derivacin

Vlvula deInterrupcin

Conjunto de drenaje

Tubera principal

Vapo

r

El condensadose acumuladelante de lavlvula cerraday se introducir

con el vaporcuando abra

Es convenienteel drenaje en elpunto bajo dela derivacin.

Compensacin de di lataciones


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Lira

Se suele utilizar cuando se dispone de espacio

Debe montarse horizontal, en el mismo plano que latubera, para evitar puntos de acumulacin decondensado.



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Fuelle

Se intercalan en la tubera ocupando poco espacio

Deben estar perfectamente alineados con la tubera y estade estar bien anclada y guiada para que las fuerzaslaterales no las soporte el fuelle.


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Reduccin de presin


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Reduccin de presin

Se instalan vlvulas reductoras por:

Necesidad

Presin de diseo del equipo inferior a la presin

disponible

EficaciaAhorro de energa si el proceso admite menor presin

Mejora la calidad del vapor

Aumenta la vida de los equipos.

Vlvu la reducto ra de acc in d irecta DRV


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Vlvu la reducto ra de acc in d irecta DRV

Flujo de abajohacia arriba del

asiento Vstago con doble gua

Fuelle de compensacinPlato de ajuste de

presin

Vstago sellado con fuelleResorte para ajuste

de presin

Plato resorte con

cojinetes

Cmara presin con

diafragma

Gama de 6 actuadores

con diferentes resortes

intercambiables


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Ins talac in vlvu las reducto ras


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Ins talac in vlvu las reducto ras

Separador Vlvula Filtro Manmetro Vlvula Vlvula Manmetro Vlvula

interrupcin reductora seguridad interrupcin

Vlvula Filtro Cmara Purgador Vlvula

interrupcin spiratec retencin


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Medicin del caudal de vapo r


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Medicin del caudal de vapo r

La principal razn para utilizar medidores de caudal es que:

No se puede gestionar lo que no se puede medir Los medidores de caudal de vapor dan una informacin

vital sobre su uso y costes asociados que permite mejorarla eficiencia en cuatro reas:

Eficiencia de la planta Distribucin de cargas, puntas de consumo, etc

Uso eficiente de la energa Resultados de medidas de ahorro energtico, deteccin de fugas, etc

Control de procesos Confirmar si se ha suministrado suficiente vapor a la presin y

temperatura correcta, conocer puntas de consumo, etc

Clculo y atribucin de costes Coste como materia prima, rendimiento por secciones, venta de vapor.

Tipos de medidores de caudal


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Tipos de medidores de caudal

Placa Orificio

Vortex

Area variable

Medida de nguloMedida de fuerza

Medida de presin diferencial.


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Drenaje de condensado


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Drenaje de condensado

Cuando el vapor cede su calor latente o entalpa

de evaporacin se convierte en condensado En los sistemas de vapor son necesarios

elementos que diferencien el estado gas (vapor)y el lquido (condensado)

A estos elementos se les llama purgadoresdevapor

El purgador es una vlvula automtica que cierra

en presencia de vapor y abre cuando le llegacondensado o aire.

Tipos de pu rgado res


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Tipos de pu rgado res

Termostticos

Actan por temperatura. El condensado debe enfriarse pordebajo de la temperatura del vapor

Termostticos de presin equilibrada

Termostticos bimetlicos

MecnicosActan por diferencia de densidad entre el vapor y elcondensado

Mecnicos de boya cerrada

Mecnicos de cubeta invertida

TermodinmicosActan por diferencia de velocidad entre vapor ycondensado.

Purgado r termosttico de pres in equ il ib rada


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Purgado r termosttico de pres in equ il ib rada

En la puesta en marchala cpsula termostticaest fra y mantiene lavlvula abierta.

El condensado fro y elaire son descargadosinmediatamente.

La cpsula se calientacuando la temperaturadel condensado seacerca a la del vapor

El lquido que la llenahierve y la presin devapor resultante empujala vlvula haca elasiento cerrando el paso

Cuando el condensadose enfra, el vapor de lacpsula condensa y lapresin interna de lamisma cae

La vlvula abre,descarga el condensadoy el ciclo se repite.

Cpsula termosttica

Purgador termosttico b imetlico


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Purgador termosttico b imetlico

En la puesta enmarcha, el elementobimetlico est

relajado y la vlvulaabierta.

El condensado fro y elaire son descargadosinmediatamente.

Al fluir el condensadocaliente a travs delpurgador, las lminas

se dilatan y empujan lavlvula contra elasiento

Cuando la temperaturadel condensado seacerca a la del vapor la

vlvula cierra. Cuando no hay flujo el

condensado se enfra,el elemento se relaja, lapresin abre la vlvulay el ciclo se repite.

Elemento bimetlico

Purgado r mecnico de boya cerrada


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Purgado r mecnico de boya cerrada

En la puesta en

marcha, uneliminadortermosttico permitesalir el aire a travsde un by-pass de lavlvula principal.

El condensado entra y hace

flotar la boya que unida auna palanca abre la vlvula,permitiendo la salida

El condensado calientecierra el eliminador de aire

Cuando llega

vapor el flotadorbaja y cierra elorificio de salida

El nivel de aguaqueda por encimade este orificio.

Eliminador termosttico

Purgado r m ecnico de cubeta invert ida


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Purgado r mecnico de cubeta invert ida

Orificio

venteo

El condensado llega

al purgador y formaun sello de agua

El peso de la cubetamantiene la vlvulaabierta y permite lasalida de condensado

Cuando el vapor

entra eleva lacubeta

El mecanismode palanca sedesplaza ycierra la vlvula

El vapor sale

de la cubetapor un orificio.

El peso de lacubeta abre lavlvula y elciclo se repite

El orificio de venteo

es pequeo yelimina el airelentamente, puedeser necesario uneliminador de aireseparado.

Purgado r termod inm ico


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Purgado r termod inm ico

En la puesta enmarcha, la presinentrante levanta eldisco

El condensado froy el aire saleninmediatamente

El condensado calienteproduce revaporizado

La alta velocidad baja lapresin en el disco y lo acerca

al asiento Al mismo tiempo se produceuna presin, producida por elrevaporizado en la cmarasobre el disco, que le obliga acerrar venciendo la presindel condensado

El disco cierra la entrada ymantiene la cmarasuperior presurizada

La presin en la cmara

disminuye porcondensacin delrevaporizado

El disco se levanta cuandovence la presin deentrada y el ciclo se repite.

Disco

Selecc in de purgadores


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Se ecc de pu gado es

Por aplicacin Debe seleccionarse el purgador ms adecuado para cada

aplicacin.

Esto puede ser muy amplio, pero como gua puede utilizarse lo

siguiente:

Termostticos (Purga de aire, Acompaamiento no crticode vapor, Equipos que pueden ser inundadospara poder aprovechar calor sensible)

Mecnicos (Procesos con control de temperatura)

Termodinmicos (Drenaje de lneas de distribucin de vapor,

Acompaamiento crtico de vapor)

Por condiciones de trabajo Hay que tener en cuenta la Presin,Temperatura, Caudal de

condensado y Presin diferencial.

Selecc in segn caudal y presin d iferenc ial


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g y p

La capacidad de un

purgador depende de lapresin diferencial

Un purgadordescargando a laatmsfera, para elclculo de su capacidadse tomar como presindiferencial la de entrada

Sin embargo sidescarga a una lneapresurizada, se tomarla diferencia depresiones entre laentrada y la salida.Presin diferencial (bar

Condensa

do

(kg/h)

Mon taje pu rgador de boya cerrada


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j p g y

Sentido de

circulacin

del fluido

segn flecha

en el cuerpo Posicin conflecha de placa

caractersticas

vertical y con la

punta hacia abajo

Fugas de vapor en pu rgadores


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g p p g

Las fugas de vapor

en purgadorescausan

prdidas de energa

y problemas defuncionamiento enotros equipos

por aumento en la

contrapresin.

Fugas de vapo r en pu rgadores(ejemplo)


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g p p g ( j p )

Considerando un purgador de 1/2 con un orificio de 4 mm, trabajandocon presin de 10 bar r y contrapresin de 2 bar r

W = D2x P x 0,41 W = Fuga de vapor en Kg/hD = Dimetro orificio en mmP = Presin diferencial en bar

W = 16 x 8 x 0.41 = 52,48 kg/h

Los purgadores que tienen fugas de vapor tambin descargancondensado y no todos quedan abiertos totalmente, por lo cualconsideramos que pierden la cuarta parte del valor calculado:

52,48 : 4 = 13 kg/h

Prdidas econmicas anuales:

13 kg/h x 24 h/da x 350 das/ao = 109.200 kg/h = 109 Ton/ao

Con un coste de 12 euros/Ton. Vapor

109 Ton/ao x 12 euros/Ton = 1.300 euros/ao(216.000 ptas/ao).

Detecc in de fugas en pu rgadores


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g p g

Por ultrasonidos

Se requiere experiencia

Puede utilizarse para detectar fugas en otros

elementos y otros fluidos

Sistema Spiratec No se requiere experiencia

Slo utilizable en purgadores

Necesita montar una cmara delante del purgador o

instalar purgadores que ya la incorporan

Detecc in de fugas por ul t rasonidos


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g p

Purgador

Sonda

Indicador de

ultrasonidos

Detecc in de fugas con Sp iratec(opciones)


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Purgador con cmara sensora independiente

Purgador con sensor incorporado

Control

automtico R1C

Control

automtico R16C

Indicador

manual

Recuperacin del condensado


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p

Es necesario recuperar el condensado por:

Por ahorro de energaAlimentar una caldera de 10 bar, con agua a 80 C en

lugar de 20 C supone un ahorro de combustible del 9%

Por ahorro en tratamiento del agua dealimentacin a calderaEl condensado es agua pura si no se contamina en su

recorrido. El porcentaje de ahorro ser el mismo que el

de recuperacin de condensado

Por ahorro del coste agua.

Dimens ionado de tuberas de condensado


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15 mm 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm 50 mm 65 mm 80 mm 100 mm

Prd. carga

mbar por m Caudal condensado kg/h

0,5 123 286 538 1172 1787 3447 6949 10859 22154

0,8 * 160 370 695 1510 2300 4427 8972 13925 28350

1 180 418 785 1701 2590 4990 10115 15649 31879

2 265 611 1143 2472 3760 7221 14560 22589 45931

Caudal de agua en tuberas de acero:

Las tuberas de condensado deben tener una seccin que

permita llevar el condensado y el revaporizado que se forme. Sivan llenas de condensado se presurizan

Una forma prctica de dimensionado consiste en considerar eldoble de caudal de condensado.

Contrapresin en los pu rgadores


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La presin en la lnea de condensados

(Contrapresinen los purgadores) es igual a:Presin hidrosttica (altura manomtrica)

+

Resistencia por rozamiento al paso del fluido

La capacidad de descarga de los purgadoresdepende de la Presin Diferencialque es:

Presin entrada - Contrapresin

Cuando no hay suficiente presin diferencial, nose puede recuperar el condensado o ha dehacerse a travs de una bomba.

Bombas de condensado acc ionadas por vapor


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Flotador

Resorte

Entrada vapor

o aire

Escape

Vlvula retencin

entrada

condensadoVlvula retencinsalida

condensado

Ins talacin bombas acc ionadas po r vapor


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Condensad

o depurgadores

Condensado

a retorno

Atmsfera

Entrada

condensado

por gravedad

Vapor

Escape

.

Drenaje de in tercamb iado res de calor


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Un elevado nmero de procesos utiliza la

transferencia de calor del vapor a otro fluido,utilizando intercambiadores de calor

Cuando el vapor cede calor se forma condensadoque se drena a travs de un purgador

Suelen aparecer con frecuencia problemas de: Temperaturas inestables

Corrosin excesiva

Ruido y daos en los equipos por golpes de ariete

La principal causa de estos problemas es eldrenaje deficiente del condensado.

Funcionam iento Intercambiador de calor (1)


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Temperatura salida baja

Vlvula control

abre y aumentaP1

Si P1> P2y lapresin diferencial esla suficiente para queel purgador drene el

condensado, elintercambiadorfuncionarcorrectamente

Intercambiador de calor

P2

P1

Purgador

Vapor

Fluido a

calentar

Funcionam iento Intercambiador de calor (2)


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Temperatura salida aumenta

Vlvula control va

cerrando y disminuyeP1

Si P1P2esinsuficiente para que elpurgador drene elcondensado se produceinterrupcin de flujo

El intercambiador seinundar y ser la causade los problemasindicados

Intercambiador de calor

P2

P1

Purgador

Vapor

Fluido a

calentar

Soluc in al problema de inundacin


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Los problemas de inundacin en sistemas de intercambio de calor se resuelvencon la instalacin de un sistema bomba/purgador, accionado por vapor

Cuando hay presin diferencial suficiente acta como purgador y cuando no lahay el mecanismo bomba permite la entrada de vapor, que impulsa elcondensado a la tubera de retorno.

Vlvula de

control

Bomba/purgador

Intercambiador

Vapor

Vapor

Aire

Resumen


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Principios bsicos del vapor (tablas, calidad, transferencia)

Barreras en la transferencia de calor (suciedad, agua, aire) Instalaciones (cantidad vapor, presin, limpio, seco y sin aire)

Circuito tpico de vapor (caldera, distribucin vapor, procesos yretorno condensados)

Equipamiento caldera (funcionamiento, seguridad, eficiencia)

Control de nivel (todo / nada, modulante) Alarmas de nivel (estndar y alta seguridad)

Tanque de alimentacin (asegurar mezcla correcta)

Produccin de vapor (limpio y seco, necesidad de purgar)

Sistema automtico de control de sales y purga de fondo Agua con el vapor (baja presin, valores altos de demanda,

nivel y sales).

Resumen (cont.)


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Dimensionado tuberas vapor (velocidad y cada de presin)

Drenaje de tuberas de vapor (evitar golpes de ariete) Reduccin en lneas de vapor (mejor excntricas)

Montaje de filtros en vapor (tamiz horizontal)

Conexin de las derivaciones (por la parte alta)

Drenaje de las derivaciones antes de vlvulas de control Compensacin de dilataciones (liras y fuelles)

Calorifugado de tuberas (ahorro y seguridad)

Reduccin de presin (calidad y posible ahorro)

Equipo reductor de presin (instalacin y dimensionado) Regulacin de temperatura (calidad productos y ahorro).

Resumen


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Intercambiadores de calor (seleccin sistema intercambio)

Medicin del caudal de vapor (eficiencia, control, costes) Caractersticas medidores de caudal (precisin, rango)

Purgadores (termostticos, mecnicos, termodinmicos)

Seleccin de purgadores (aplicacin, presin, temperatura,

caudal, presin diferencial) Deteccin de fugas (ultrasonidos, spiratec)

Recuperacin condensado (ahorro energa, tratamiento y agua)

Dimensionado de tuberas de condensado

Bombas de condensado accionadas por vapor Intercambiadores de calor (funcionamiento y solucin al

problema de inundacin).

El grupo Spirax Sarco


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Fundado en 1910

Tiene su central en Cheltenham (Inglaterra)

4.000 personas en 40 compaas de 32 pases

12 plantas de fabricacin y 31 centros de formacin

Filial espaola en S. Feliu de Llobregat (Barcelona), conoficinas en Madrid, Bilbao, Valencia y representantes en

17 zonas geogrficas de todo el territorio espaol

Proporciona conocimientos, servicios y productos en todo

el mundo para el control y uso eficiente del vapor y otrosfluidos industriales.

El grupo Spirax Sarco


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Cursos de formacin terica y prctica

Centro de formacin en S. Feliu (Barcelona), con rea de

entrenamiento (instalacin de vapor) para realizar prcticas

Asesoramiento tcnico

Estudios completos de instalaciones de vapor

Revisiones peridicas de purgadores

Servicio post-venta

Amplia gama de productos fabricados bajo normas ISO-9001 / ISO-

9002.

Conocimientos, Servicios y Productos

Spirax Sarco ofrece:


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El vapor en la IndustriaFIN

Gracias por su atencin

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El Vapor en la Industria por Spirax Sarco