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4.1.- CÁLCULO HIDRÁULICO DE REDES DE VAPOR

4.1.1.- PÉRDIDAS DE CARGA

Este apartado es un repaso a cuestiones elementales de mecánica de fluidos, las cuales deben ser conocidas por un alumno del Master en Ingeniería Marina.

4.1.1.1.- Definiciones

Velocidad de un fluido en una tubería es el avance lineal por unidad de tiempo. A nivel macroscópico se considera que la velocidad es uniforme en toda la sección de la tubería. Se expresa en unidades de longitud por punida de tiempo (m/s).

Caudal del fluido en una tubería es la cantidad de fluido que circula por unidad de tiempo. Se puede expresar en unidades másicas o volumétricas por unidad de tiempo (kg/s o m3/s).

Para el cálculo del diámetro de tuberías y accesorios (codos, tes, cruces, reducciones, válvulas, válvulas de seguridad, válvulas de retención, etc.), se deben tener en cuenta el caudal instantáneo máximo, y no el caudal medio.

Como ejemplo se puede suponer un cilindro hidráulico de 20 litros que se alimenta mediante una bomba; si el ciclo de trabajo es de 60 s, y empieza por un periodo de compresión de 5 s durante el cual se llena el cilindro, un periodo de mantenimiento bajo compresión de 50 s y un periodo de descompresión de 5 s, el caudal medio de alimentación es de 20 l/min; si se admite una velocidad en la tuberías de 10 m/s, la sección requerida es de unos 7 mm; pero si considera el caudal instantáneo, 4 l/s, la sección requerida resulta ser de 23 mm.

Densidad: es la masa de fluido por unidad de volumen, ρ (kg/m3). En los líquidos depende de la temperatura, siendo menor cuanta más alta sea la misma, si las estas variaciones son pequeñas. En gases y vapores la densidad depende, además de la temperatura, de la presión; las variaciones son más grandes que en los líquidos.

Peso específico: es el peso (fuerza) por unidad de volumen, w (N/m3); se obtiene multiplicando la densidad por la gravedad.

Viscosidad: es la capacidad de fluir, está asociada a los rozamientos internos (entre las moléculas del fluido) que se oponen a su movimiento. Es un valor esencial para el estudio de la pérdida de carga del flujo de fluidos.

Hay que considerar dos tipos de viscosidad:

La viscosidad dinámica, μ, (Pa . s), se suele expresar en unidades del sistema cegesimal (Poises o cP)

La viscosidad cinemática, , (m2/s), se suele expresar en unidades del sistema cegesimal (Stokes o cPSt).

La relación entre ambas es la densidad (μ = . ρ)

La viscosidad, tanto en líquidos como en gases y vapores varía muy rápidamente con la temperatura. Al aumentar la temperatura disminuye en los líquidos, pero aumenta para los gases y vapores.

La presión apenas tiene influencia en la viscosidad dinámica, por lo que en los líquidos tampoco la tiene en la viscosidad cinemática; sin embargo, el efecto de la presión sobre la densidad en gases y vapores, hace que al aumentar la presión también lo haga la viscosidad cinemática de estos fluidos.

Rugosidad: es la aspereza interior de la tubería,

Absoluta (ε): es la altura media de las asperezas interiores de la tubería (m o mm). Relativa (ε/D): es la relación entre la rugosidad absoluta y el diámetro de la tubería.

 

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4.1.1.2.- Flujo laminar y turbulento – Número de Reynolds

Un fluido, en el interior de un conducto puede tener flujo laminar (las partículas se mueven como en láminas) o turbulento (las partículas tienen un movimiento “agitado”). El número de Reynolds (adimensional) es el que marca que tipo de flujo en el interior de una tubería circular es función de la velocidad, el diámetro y la viscosidad cinemática.

)s/m(

)m(D)s/m(vRe

2 

Dependiendo de los autores a los que se cite, la transición entre el régimen laminar y el turbulento está en valores de Re en torno a 1.800, 2.000 o 2.200. En general, salvo para líquidos muy viscosos, tubos capilares o velocidades muy bajas, el régimen es turbulento.

4.1.1.3.- Tuberías rectas

Si se estudia el flujo de un líquido en una tubería circular horizontal entre los puntos 1 y 2, en lo que se inserta un tubo vertical abierto a la atmosfera, Fig 4.1, las alturas del líquido en estos dos tubos mide la presión estática en los puntos .Si fuera un líquido perfecto, debiera seguir la ecuación de Bernouilli, siendo la altura alcanzada:

w

ph

Fig 4.1.- Esquema de pérdida de carga en tuberías [Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, EREN, Castilla y León, 2010]

Con los líquidos reales esto no se cumple, y la altura disminuye poco a poco de magnitud en función de la energía disipada en forma de rozamiento en la tubería, por lo tanto h1 > h2, siendo la diferencia entre ambas alturas la pérdida de carga entre los dos puntos.

Si en lugar de colocar en los puntos 1 y 2 tubos verticales se instalan manómetros, se puede comprobar una diferencia de presión p1 > p2 que es proporcional a la pérdida de carga

Esto mismo sucede con gases y vapores.

La pérdida de carga depende de diferentes factores que dependen tanto de la tubería (rugosidad, longitud y diámetro) como del fluido (velocidad y viscosidad).

Se pueden enunciar las siguientes leyes elementales:

En régimen laminar obedece a la Ley de Poiseuille, siendo la pérdida de carga directamente proporcional al caudal y a la viscosidad e inversamente proporcional a la cuarta potencia del diámetro, no dependiendo de la rugosidad del tubo.

 

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En régimen turbulento la rugosidad del tubo adquiere gran importancia, mientras que la viscosidad va perdiendo influencia a medida que crece el número de Reynolds.

En el caso de circulación a gran velocidad y por tuberías de gran diámetro, la pérdida de carga es directamente proporcional a una potencia entre 1,75 y 2 del caudal e inversamente proporcional a una potencia entre 4,75 y 5 del diámetro, mientras que la viscosidad interviene en la ecuación a nivel de una potencia de únicamente 0,25.

4.1.1.4.- Accesorios de tuberías

Todos los accesorios de tubería (válvulas, codos, tes, reducciones, etc.) introducen una pérdida de carga al paso del fluido por ellos, que también es preciso considerar en el diseño de tuberías.

Hay métodos para calcular la pérdida de carga de los accesorios en función ciertos parámetros que ofrecen las casas comerciales de suministro de material, pero lo más habitual es utilizar métodos que permitan realizar caculos independientemente de la casa que suministre el material. Este método es el de la longitud equivalente, y determina cuanta pérdida de carga tiene un accesorio, utilizando como comparación la que tiene un metro lineal de tubería del mismo diámetro. La longitud equivalente de un accesorio la una longitud de tubería recta, del mismo diámetro que el accesorio, que introduciría la misma pérdida de carga que el accesorio.

Tabla 4.1.- Longitudes equivalentes de diversos accesorios [Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, EREN, Castilla y León, 2010]

ACCESORIO Le/D

Codo 45° 15

Codo 90° (Radio Standard) 32

Codo 90° (Radio Mediano) 26

Codo 90° (Radio Grande) 20

Codo 90° (En escuadra) 60

Codo 180° 75

Codo 180° (Radio Mediano) 50

TE (Usada como codo, con entrada por la parte recta) 60

TE (Usada como codo, con entrada por la derivación) 90

Acoplamiento despreciable

Unión despreciable

Válvula de Compuerta (Abierta) 7

Válvula de Asiento (Abierta) 300

Válvula Angular (Abierta) 170

Válvula de Esfera 3

 

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Los valores de longitudes equivalentes se encuentran tabulados, en algunas ocasiones se expresan longitudes en metros en función del accesorio y su diámetro, y en otras se estandariza al diámetro, ofreciendo como longitudes equivalentes del diámetro del accesorio, Tabla 4.1.

De la Tabla se puede deducir, que un codo de 45° para tubería de 100 mm introduce una pérdida de carga equivalente a 15 diámetros de tubería, o lo que es lo mismo, es equivalente a 1,5 m de tubería; si el diámetro fuera de 300 mm la longitud equivalente sería de 4,5 m.

Para calcular la pérdida de carga de un tramo de tubería, se suman las longitudes equivalentes de todos los accesorios que contiene, y se añaden a la longitud de la tubería recta; el número resultante es el que se debe utilizar en el cálculo (según apartados siguientes) como longitud total de la tubería a calcular.

4.1.2.- MÉTODOS DE CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERÍAS

En este apartado se repasa el método matemático y la operativa para realizar el cálculo de pérdidas de carga en tuberías.

4.1.2.1.- Método matemático

Para calcular la pérdida de carga que sufre un fluido en el interior de una tubería se pueden utilizar empíricas cuya precisión y ámbito de aplicación está restringido a tipo de tuberías y fluido ensayado. Históricamente, una de estas ecuaciones es la propuesta en el siglo XIX por el francés Gaspard de Prony.

2f VbVa

D

Lh

Donde:

hf es pérdida de carga debida a la fricción

L/D es la relación entre la longitud y el diámetro de la tubería

V es la velocidad en la tubería

a y b son dos factores empíricos

En la hidráulica moderna las ecuaciones empíricas han sido substituidas por la ecuación de Darcy-Weisbach, que actualmente es la ecuación más ampliamente difundida en hidráulica y con la que se obtienen los resultados más precisos. Ésta permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro una tubería y no presenta restricciones, por lo que se puede utilizar con todo tipo de fluidos. La ecuación fue inicialmente una variante de la ecuación de Prony, desarrolla por Darcy, y ajustada por Weisbach la forma en que se conoce actualmente:

g

Q8

D

Lf

4/DS

S/QV

g2

V

D

Lfh

2

2

52

2

f

Donde:

g es la aceleración

f es factor de fricción de Darcy

El factor de fricción f es adimensional y depende de la tubería (rugosidad y diámetro) y de condiciones del flujo (velocidad, viscosidad).

 

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En diversos casos especiales, y para determinar la velocidad, V (m/s) se pueden usar otras ecuaciones empíricas, principalmente la ecuación de Hazen-Williams, de uso limitado para el agua en tuberías en circulares llenas, o conductos cerrados es decir, que trabajan a presión.

54,063,2

54,063,0

H

S4

DC2785,0V

S4

rC8494,0V

Donde:

C es un coeficiente que depende de la rugosidad del tubo

rH es el radio hidráulico [área de flujo / perímetro mojado = D/4]

S es la pérdida de carga por unidad de longitud del conducto [m/m]

D = Diámetro interior en [m].

Tabla 4.2.- C para diversos tipos de tuberías [Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, EREN, Castilla y León, 2010]

Tipo de Tubo C

Acero soldado 90

Hierro fundido 100

Fibrocemento 128

Polietileno de alta densidad 150

No obstante, en la actualidad normalmente se opera con la ecuación de Darcy-Weisbach.

Ejemplo: Calcular la pérdida de carga en una tubería de 1.000 m de longitud y 450 mm de diámetro y factor de fricción de 0,03 si se envía un fluido a 2,5 m/s.

fluido.c.m24,218,92

5,2

45,0

100003,0

g2

V

D

Lfh

22

f

La dificultad en el uso de la ecuación de Darcy radica en el cálculo del factor de fricción, f o , que depende de la rugosidad relativa y el número de Reynolds. Éste factor de determina con la ecuación de White-Colebrook, válida en régimen turbulento (Re > 2.000) y en la de transición de laminar a turbulento.

fRe

51,2

7,3

D/log2

f

1

Donde:

f es el factor de fricción

ε la rugosidad de la tubería

D el diámetro de la tubería

ε / D la rugosidad relativa

Re el número de Reynolds

 

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Es una ecuación implícita ya que f se encuentra en ambos miembros de la ecuación y no hay posibilidad de despejarlo para su resolución, por lo que se debe recurrir a métodos iterativos para resolverla. El valor también se puede obtener del diagrama o ábaco de Moody, Fig 4.2.

Fig 4.2.- Ábaco de Moody para el cálculo de factores fricción, [Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, EREN, Castilla y León, 2010]

Para el caso particular de tuberías lisas la rugosidad relativa es muy pequeña, la ecuación de White-Colebrook se puede simplificar como:

8,0fRelog2f

1  

 

Para números de Reynolds muy grandes la ecuación del White-Colebrook se puede simplificar como

7,3

D/log2

f

1

Que sólo depende de la rugosidad relativa, y da como resultado rectas; es la zona de la derecha del diagrama, con turbulencia totalmente desarrolla.

4.1.2.2.- Operativa Cuando se hace frente a la resolución de un problema de tuberías se pueden encontrar típicamente dos problemas:

Calcular la pérdida de carga que tendrá un determinado caudal en una tubería dada. Calcular el diámetro mínimo de una tubería para que un determinado caudal provoque una

pérdida de carga que sea inferior a un determinado valor.

 

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La forma de plantear ambos problemas es diferente, pero las ecuaciones a emplear son las mismas.

Lo primero que se debe conocer es el rango de velocidades en el que circulan los fluidos por las tuberías, Tablas 4.3 y 4.4.

Ejemplo: Haciendo uso del diagrama de Moody, determinar el factor de fricción en una tubería de rugosidad relativa 0,004 por la que circula un fluido con Re = 7.106.

Por lo que el factor de fricción resulta ser de 0,0017

4.1.2.2.1.- Calculo de la pérdida de carga

Se deben conocer las siguientes variables:

El fluido y su temperatura En caso de ser un gas o vapor, la presión Caudal de trabajo Longitud del tramo de tubería recta Accesorios instalados en la tubería: Número y tipo Diámetro de la tubería Tipo de tubería y rugosidad absoluta asociada

El proceso operativo es el siguiente:

Con los datos de temperatura (y presión), se debe buscar, en las tablas correspondientes al fluido de trabajo, la viscosidad cinemática.

En caso de que las tablas no ofrezcan directamente este valor, se debe calcular haciendo uso de la densidad y la viscosidad dinámica.

Re = 7.106

f = 0,017 €/D = 0,004

 

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Con el diámetro de la tubería y el caudal del fluido se debe calcular la velocidad (se debe comprobar que no se superan los valores recomendados en las tablas 4.3 y 4.4).

Se debe calcular el número de Reynolds. En caso de ser régimen turbulento, se debe calcular la rugosidad relativa de la tubería. Se debe calcular el factor de fricción, ya sea utilizando el diagrama de Moody o la fórmula

de White-Colebrook. Finalmente se determina la pérdida de carga utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach.

Tabla 4.3.- Velocidades máximas recomendadas para diferentes fluidos en tuberías

Velocidades medias más usuales (m/s)

Agua

B. Embolos Succión 0,5 a 1

Expulsión 1 a 2

B. Centrífugas Succión 0,5 a 2,5

Expulsión 1,5 a 4,5

Vapor Turbinas Alimentación 30 a 80

Aire

Comp. alternativo Succión 16 a 20

Expulsión 25 a 30

Turbocompresor Suc. y exp. 20 a 25

Motores combust. Alimentación 10 a 20

Conductos aire acondicionado 1,5 a 5

Gases Motor combust. Escape 10 a 40

Aceite lubricación Tuberías 0,5 a 1,5

 

Tabla 4.4.- Velocidades máximas recomendadas para el vapor en tuberías, [Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, EREN, Castilla y León, 2010]

Velocidad Máxima Recomendable (m/s)

Presión (bar) SATURADO RECALENTADO

< 2 30 35

2 - 5 35 45

5 - 10 40 50

10 - 25 50 60

25 - 100 60 75

 

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4.1.2.2.2.- Calculo del diámetro mínimo de la tubería

Se deben conocer las siguientes variables:

Fluido de trabajo y su temperatura En caso de ser un gas o vapor, la presión Caudal de trabajo Longitud del tramo de tubería recta Accesorios instalados en la tubería: Número y tipo Tipo de tubería y rugosidad absoluta asociada Pérdida de carga admisible

El proceso operativo es iterativo, y es el siguiente:

Con los datos de temperatura (y presión), se debe buscar, en las tablas correspondientes al fluido de trabajo, la viscosidad cinemática

En caso de que las tablas no ofrezcan directamente este valor, se debe calcular haciendo uso de la densidad y la viscosidad dinámica

Se debe calcular la rugosidad relativa de la tubería Se debe estimar el factor de fricción, para lo que hay dos opciones:

o Suponer un valor en torno a 0.02 o 0.025 o Suponer que el flujo estará desarrollado, y hallarlo en el gráfico de Moody a partir

de la rugosidad relativa Se debe estimar la longitud equivalente de la tubería Se debe expresar la velocidad en función del caudal y el diámetro de la tubería

22

2

D

Q4

4

D

Qv

4

DvSvQ

Se debe determinar el diámetro haciendo uso de la fórmula de White-Colebrook

DDg2

Q16

D

Lf

g2D

Q4

D

LfH

42

2Tub_eq

2

2Tub_eq

Se deben comprobar que se cumplen las suposiciones realizadas:

o El factor de fricción; para lo que hay que calcular el número de Reynolds o La longitud equivalente de la tubería

En el caso de que las estimaciones no fueran correctas, se debe realizar una iteración partiendo de los nuevos valores.

4.1.3.- PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERÍAS DE VAPOR

En el apartado anterior se hizo un repaso de cuestiones elementales de mecánica de fluidos, las cuales deben ser conocidas por un alumno del Master en Ingeniería Marina, por lo que el tiempo estimado que debe llevarle a un alumno su asimilación es únicamente el de su lectura. En esta apartado se presentan las singularidades que tiene el cálculo de una red de tuberías de vapor respecto a las de una tubería de líquido. Los ejemplos prácticos de esta parte, cuyos enunciados están colgados dentro del curso, se resolverán en la parte presencial.

4.1.3.1.- Método matemático

El método matemático a seguir es el descrito previamente en el apartado 4.1.2., pero hay dos aspectos fundamentales a tener en cuenta, y son:

En los líquidos no cambia (o apenas lo hace) la densidad (y la viscosidad) con la presión; pero en los gases y vapores sí que se producen cambios apreciables. Por lo tanto, cuando

 

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se trata de determinar las propiedades de un gas o vapor, hay que conocer tanto las propiedades del fluido a la entrada como a la salida, y determinar su valor medio. En los problemas en los que hay que calcular la pérdida de carga en el fluido, esto lleva a que el proceso sea iterativo ya que, hasta que esta pérdida no es conocida, no se pueden determinar las propiedades a la salida

Dado que la densidad de gases y vapores es muy baja, las cargas estáticas apenas tienen influencia en la tubería; con carácter general, las pérdidas de carga por fricción serán mucho mayores que las pérdidas estáticas o de elevación del fluido en la instalación

4.1.3.2.- Método gráfico

Hay gráficos o ábacos, fundamentalmente desarrollados por casa comerciales, que permiten hacer estimaciones para el diseño de tuberías de vapor. En la Fig 4.3 se incluye el suministrado por la casa Societe Sergot, y en las 4.4 las de la casa Spirax Sarco.

Estos gráficos son una aproximación, ya que suelen adolecer de cierta rigurosidad en su confección, como por ejemplo: considerar la rugosidad de las tuberías. La casa Spirax Sarco ofrece dos gráficos en los que, partiendo de las propiedades del vapor se puede calcular la pérdida de carga a partir del diámetro, o determinar el diámetro a partir de una pérdida de carga admisible.

Fig 4.3.- Ábaco Sergot para el cálculo de tuberías de vapor [Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, EREN, Castilla y León, 2010]

 

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Fig 4.4.- Gráfico para el dimensionamiento de tuberías de vapor: caída de presión, velocidad [Fuente: http://www.spiraxsarco.com/Resources/Pages/Steam-Engineering-Tutorials/steam-

distribution/pipes-and-pipe-sizing.aspx]

 

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4.1.4.- PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERÍAS DE VAPOR

 

Una red de distribución de vapor es un sistema energético que interactúa con el ambiente exterior que le rodea, por lo que existe la posibilidad de que se produzcan fugas energéticas hacia el entorno. Éstas se pueden encuadrar en tres tipos:

Pérdidas internas debidas a la fricción, se traducen en pérdidas de presión a lo largo de la red de distribución

Pérdidas debidas al intercambio de calor con el ambiente exterior, se deben minimizar con aislamiento térmico; por cuestión de extensión del tema, su estudio queda fuera de la asignatura

Pérdidas debidas a fugas del fluido. Su origen está en un mal mantenimiento de la red y de sus componentes. Fugas de este tipo se producen por un mal diseño (purgadores que descarguen directamente a la atmósfera), un mal montaje (fisuras y poros en soldaduras y componentes que dejen fugar vapor vivo), y/o mal mantenimiento (purgadores que no cierren correctamente y permitan el paso de vapor a la red de condensados)

La cuantificación del vapor fugado es difícil, pero hay gráficos que permiten estimar la cantidad de vapor fugado en función de la longitud de la lanza de vapor, Fig 4.5, o en base a la presión y el diámetro del orificio, Fig 4.6.

Fig 4.5.- Pérdidas de vapor (kg/h) por observación de la lanza (m) [Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, EREN, Castilla y León, 2010]

Fig 4.6.-Pérdidas de vapor (kg/h) a través de un orificio (mm) para vapor a 7 bar [Fuente: Manual técnico de diseño y cálculo de redes de vapor, EREN, Castilla y León, 2010]

 

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4.1.5.- LA RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS EN LAS REDES DE VAPOR

4.1.5.1.- Necesidad de la recuperación de condensados desde el punto de vista de la eficiencia energética

Las razones para diseñar las redes de distribución de vapor en circuito cerrado de modo que los condensados generados retornen de nuevo a caldera para volver a generar vapor son de dos tipos:

Por eficiencia energética De índole económica

En el caso del vapor el ahorro económico no sólo viene derivado de la reducción del consumo energético, sino también porque al retornar los condensados a caldera se evita los tratamientos químicos previos del agua de entrada en caldera, ya que el agua condensada no tiene sales minerales.

Si se dispone de una caldera que se alimenta con agua de red a 15°C y produce vapor a 10 bar (manométricos) y 200°C, se pueden no recuperar los condensados, en cuyo caso el aporte energético que habrá que suministrar en caldera será el salto entálpico entre el agua líquida en las condiciones de entrada a caldera a Tª de red y el vapor en las condiciones de distribución.

hliq (15ºC y 10 bar) = 0,017495 kWh/kg

hvap (200ºC y 10 bar) = 0,785630 kWh/kg

∆hcaldera (liq 15ºC a vap 200ºC / 10 bar) = 0,768135 kWh/kg

En el caso de recuperar los condensados, el agua de entrada a la caldera estará en unas condiciones diferentes de temperatura, suponiendo que sea a: 90ºC, el salto entálpico en la caldera será de:

hliq (90ºC y 10 bar) = 0,104713 kWh/kg

∆hcaldera (liq 90ºC a vap 200ºC / 10 bar) = 0,680917 kWh/kg

Por lo tanto, el ahorro energético que se produce entre ambos casos es de:

∆hcaldera condensador = 0,087218 kWh/kg

4.1.5.2.- Cálculo hidráulico de la red de condensados

El diseño de una red de recuperación de condensados no se puede realizar como el de una red estándar de agua caliente. Pero la red de condensados se alimenta del condensado que eliminan los purgadores de la red de una vapor. Estos elementos trabajan en la proximidad de la curva de saturación del vapor, con una presión diferencial entre el lado del vapor y el del condesado. Analizando lo que ocurre en el purgador, se observa que se produce una descompresión isotérmica del condensado, que produce la revaporización de parte del condensado

Si por ejemplo un se considera un purgador por el que descarga condensado desde una red de vapor a 4 bar (manométricos), 152°C, y se recoge en una red de recuperación a 0,5 bar (manométricos), y se realiza un balance energético se obtiene:

hliq sar (152ºC y 5 bar) = 0,17795 kWh/kg

hliq sat (152ºC y 1,5 bar) = 0,13006 kWh/kg

∆hpurgador (5 a 1,5 bar) = 0,04789 kWh/kg

 

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Este incremento de entalpía se emplea en revaporizar parte del condensado, es decir, en generar vapor “flash”. El porcentaje de este vapor se deduce de los diferentes estados

%75,713006,074820,0

13006,017795,0100

condpresliqhcondpresvaporh

condpresliqhvaporpresliqhflashVapor%

Fig 4.7.- Diagrama de la extracción del condensado y flash del vapor

Ajustado el balance energético del proceso que se produce, se puede determinar la composición en la red de condensados.

La composición másica se deduce inmediatamente del porcentaje de vapor:

Vapor: 0,0775 kgvapor/kgcondensado

Agua: 0,9225 kgagua/kgcondensado

Los volúmenes de vapor y agua en la red de condensador son:

Vapor: 1,14986 m3/kg

Agua: 0,00105 m3/kg

Y la composición volumétrica será de:

Vapor: 98,92%

Agua: 1,08%

Por lo tanto, en este caso, la red de condensados se debe calcular como una red de vapor húmedo con una humedad, del 1,08% en volumen. Pero se debe realizar una consideración muy importante: no se pueden alcanzar las velocidades que se pueden alcanzar con un vapor saturado, ya que el agua que arrastra produce elevadas erosiones, por lo que es aconsejable limitar las velocidades en esta red a valores inferiores a 15-20 m/s.

En este punto se plantean dos disyuntivas: o bien se considera la situación tal cual y se calcula la red de condensados en estas condiciones, o bien se plantea separar el vapor flash del condensado aprovechando energéticamente este vapor y abaratando los costes de la red de condensados.

5 bar 5 bar

1,5 bar

hlpv

hlpc

hvpc

 

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Si se supone una producción de condensados de 1.000 kg/h con un 7,75% de vapor flash, serán 77,5 kg/h de vapor flash, por lo que se debe calcular una tubería de vapor húmedo a menos de 20 m/s.

4.1.5.3.- Purgadores

Las misiones del purgador serán:

Eliminación del aire: en la puesta en marcha de la instalación debe ser capaz de eliminar el aire, en caso contrario la puesta a régimen de la instalación es muy lenta. Loa purgadores termostáticos al estar abiertos en el arranque, facilitan este proceso.

Extracción del condensado: el purgador debe retirar el condesado, pero no el vapor, escapes o fugas de vapor por la red de condensados implican ineficiencias en el proceso.

Rendimiento térmico: hay que valorar cuanto calor es aprovechable, y como el purgador influye en este proceso. En la mayoría de las aplicaciones es preciso retirar el condesado del vapor, por lo que los purgadores termostáticos no son una solución viable, en ese caso es preciso utilizar otro tipo de purgadores. Para seleccionar un purgador hay que conocer las necesidades del proceso (presión, temperatura, caudal, …)

Fiabilidad: implica que debe trabajar en condiciones normales con mínimas necesidades de atención y mantenimiento.

BIBLIOGRAFIA

DEA INGENIERÍA. Manual Técnico: Diseño y Cálculo de Redes de Vapor. Eficiencia Energética en Redes de Vapor. Edita: Junta de Castilla y León; Consejería de Economía y Empleo; Ente Regional de Energía de Castilla y León. 2010.