¿QUE ES UNA CALDERA? CARACTERÍSTICAS QUE HACEN AL VAPOR UN FLUIDO UTILIZABLE APLICACIONES DEL VAPOR ¿QUE ES UNA RED DE VAPOR? 5.1 Elementos que forman una red de vapor

1. REDES DE VAPOR

2. OBJETIVO
Conocer los componentes básicos de un sistema de vapor, así como su principio
de funcionamiento y la aplicación que este tipo de proceso tendría en los diversos
campos industriales de hoy en día.
MARCO TEÓRICO
El vapor de agua en la industria es un producto muy utilizado por sus
características energéticas, dado que en una unidad pequeña tenemos gran
contendido energético, ahora bien, los costes de producción y distribución en las
naves de producción son elevados. Por ello, los responsables técnicos o
gerenciales han de poner mucha atención en su producción, en su transporte
hasta los puntos de consumo y en su utilización, con objeto de que su utilización
sea los más eficaz y eficiente posible..

3. INDICE
I. ¿QUE ES UNA CALDERA?
II. CARACTERÍSTICAS QUE HACEN AL VAPOR UN
FLUIDO UTILIZABLE
III. APLICACIONES DEL VAPOR
IV. ¿QUE ES UNA RED DE VAPOR?
5.1 Elementos que forman una red de vapor

4. I. ¿QUE ES UNA CALDERA?
“Recipiente metálico, grande y más o menos redondeado y cilíndrico que
sirve para hervir un líquido y generar vapor que será empleado para
producir energía o como sistema de calefacción”. Una caldera es el punto
de partida en la producción de energía en la inmensa mayoría de las
empresas. Una caldera es un cambiador de calor; transforma la energía
química del combustible en energía calorífica. Además, intercambia este calor
con un fluido, generalmente agua, que se transforma en vapor de agua. En
una caldera se produce la combustión que es la liberación del calor del
combustible y la captación del calor liberado por el fluido.
Fig.1 Caldera

5. Tipos de calderas
Calderas pirotubulares o de tubos de humo
Se caracterizan porque la llama de la combustión se forma dentro de cada
hogar cilíndrico de la caldera, pasando los humos generados por el interior de
los tubos , para ser conducidos a la chimenea de evacuación. En estas
calderas, tanto los hogares, como los tubos de humo están en el interior
completamente rodeados de agua.
Calderas acuotubulares o de tubos de agua
Se caracterizan porque la llama de los quemadores se forma dentro de un
recinto formado por paredes tubulares en todo su entorno, que configuran la
llamada cámara de combustión (hogar). La cualidad que diferencia a estas
calderas es, que todos los tubos que integran su cuerpo están llenos de
agua, en los que se transforma parte de agua en vapor cuando generan
vapor como fluido final de consumo.

6. Calderas pirotubulares o de tubos de humo
Calderas acuotubulares o de tubos de agua

7. II. CARACTERÍSTICAS QUE HACEN AL VAPOR UN
FLUIDO UTILIZABLE
Materia prima barata y de elevada disponibilidad
Amplio rango de temperaturas de empleo
Ininflamable y no tóxico
Fácilmente transportable por tubería
Elevado calor de condensación
Elevado calor específico
Temperatura de condensación fácilmente regulable
El vapor de agua constituye el fluido energético ideal para aplicación en el campo
industrial. La razón fundamental es la necesidad que tiene la industria de emplear
fuentes de calor a muy diversos niveles de temperatura. Este requisito lo cumple el
vapor a la perfección pues cubre holgadamente una banda de trabajo entre 1,13 bar
y 70 bar que equivalen a una banda térmica entre 103°C y 287°C como vapor
saturado seco e incluso más elevadas si el vapor se produce con
sobrecalentamiento posterior.

8. Manejo y usos del vapor de agua
Cuando al agua se le comunica energía calorífica, varia su entalpía y su
estado físico. La temperatura a la cual se produce su ebullición depende de su
pureza y de la presión absoluta ejercida sobre ella. El punto de ebullición es la
temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión
atmosférica. Como el punto de ebullición depende de la presión atmosférica,
éste variará al modificarse la presión atmosférica.
Ecuación de sidney-young
ΔTeb = Cambio en el punto de ebullición (Teb,760 − Teb,P)
KSY = Constante de Sidney-Young
[(0,00012 (H2O) ]
P = Presión dada a la cual se quiere medir el punto de ebullición
(comúnmente la presión atmosférica).

9. Teb,p = Punto de ebullición del líquido a la presión dada (P).
Que fenómenos ocurren en el cambio de la fase líquida a la fase
vapor del agua
Un líquido que está a punto de vaporizar se le conoce como líquido
saturado.

10. Vapor en etapa de vaporización
Vapor sobrecalentado
Cualquier pérdida de calor, causará que cierto vapor se condense. Un
vapor que esté a punto de condensarse se le llama vapor saturado. Una
vez que toda el agua se ha vaporizado tenemos una sola fase (vapor), y
si se sigue aumentando la transferencia de calor, el resultado será un
incremento en la temperatura y en el volumen especifico, podría incluso
ha llegar la temperatura del agua a 300 oC. En este punto si el vapor
perdiera calor, la temperatura caerá, pero no ocurriría una condensación,
ya que la temperatura se mantiene arriba de los 100 oC. Un vapor que no
está a punto de condensarse se le conoce como vapor sobrecalentado.

11. III. APLICACIONES DEL VAPOR
Aplicado para calentamiento y humidificación (110-250 oC)
El vapor sobrecalentado es utilizado en la industria procesadora de
alimentos para cocimiento, secado/ deshidratado.
Vapor para impulso y movimiento (Turbinas de vapor)
IV . ¿QUE ES UNA RED DE VAPOR?
Como su nombre lo indica son las encargadas de transportar el vapor
generado en las calderas hasta los diferentes lugares en donde los procesos
puedan requerir la energía que el vapor puede llegar a ceder. El vapor se
transporta a través de tuberías llamadas:
Primarias: Por estas van grandes cantidades de vapor, es o son los que
salen directamente desde la caldera y van a lo largo de toda la planta.
Secundarios: Son tubos de menor diámetro que el de los tubos primarios,
estos van conectados directamente a los primarios y se les denomina así
porque manejan las cantidades exactas de vapor que necesitará determinada
máquina o elemento (flujos de vapor más pequeños).

12. Como evitar pérdidas de potencial energético
Hay que tener en cuenta que para evitar pérdidas en el potencial
energético del vapor y la condensación al interior de las tuberías, estás
deben ir aisladas, el aislante térmico más utilizado es la lana de vidrio,
debido a que tiene un fácil manejo permitiendo el recubrimiento en su
totalidad de la tubería, usualmente se puede observar que la lana de vidrio
esta recubierta por una coraza de aluminio, esto con el fin de evitar la
aspersión de la lana de vidrio que puede llagar a ser muy molesta.
5.1 Elementos que forman una red de vapor
Redes o tubos de conducción.
Calderas
Filtros
Válvulas para la eliminación de condensado (trampas de vapor).
Elementos sensoriales (termómetros y manómetros).

13. Tipos de válvulas
Válvulas operadas manualmente
Válvulas automáticas (llamadas trampas de vapor)
b)
a)
Fig.1 Válvulas operadas manualmente

14. Una válvula se puede definir como un aparato mecánico, el cual es un instrumento
de control para la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas
pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una
enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más
corrosivos o tóxicos.
a) Válvula de compuerta : Es utilizada para el flujo de fluidos limpios y sin
interrupción

15. b. Válvulas de globo: Debido a que la caída de presión es bastante fuerte (en
todo caso siempre controlada) se utilizan en servicios donde la válvula de
compuerta no puede estrangular o dar un servicio eficiente.

16. c. Válvula de bola: Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una
bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa
en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el
conducto.

17. d. Válvulas check
Las válvulas Check o válvulas de retención son utilizadas para no dejar
regresar un fluido dentro de una línea. Esto implica que cuando las bombas
son cerradas para algún mantenimiento o simplemente la gravedad hace su
labor de regresar los fluidos hacia abajo, esta válvula se cierra
instantáneamente dejando pasar solo el flujo que corre hacia la dirección
correcta. Por eso también se les llama válvulas de no retorno. Obviamente
que es una válvula unidireccional y que debe de ser colocada correctamente
para que realice su función usando el sentido de la circulación del flujo que
es correcta.

18. e. Válvula de mariposa: Gira un disco apoyado en dos extremos, sobre un eje
perpendicular al de la válvula. Su costos de mantenimiento también son bajos, debido
a que tienen un mínimo de partes móviles. Las válvulas de mariposa se usan
principalmente en servicios de control y abre-cierre, de grandes flujos de líquidos y
gases a presiones relativamente bajas. Los principales elementos estructurales de una
válvula de mariposa son: el disco de control de flujo ( mariposa ) y la carcasa del
cuerpo.
Existen en el mercado 3 tipos principales:
Tipo oblea
Tipo bridada
Tipo roscada

19. f. Válvula de seguridad: Las válvulas de seguridad son válvulas operadas
por resortes las cuales se abren cuando la presión de fluido Ilega a un valor
predeterminado, de tal forma que sirve de desahogo al sistema de distribución
cuando la presión alcanza valores superiores a la presión de seguridad.
 Descarga lateral para servicio de vapor,
aire o gas
Presión máxima de operación: 21.1
Kg/cm² (300 psi)
Temperatura máxima de operación:
208°C (406°F)
Medida nominal desde ½" hasta 4".
Conexión roscada macho a la entrada y
hembra a la salida.
 Válvulas con asiento y disco en acero
inoxidable.

20. Las de tipo automático se dividen en tres grupos:
 Grupo termostático
Grupo mecánico
Grupo termodinámico
Grupo termostático
Son de fácil mantenimiento ya que el
fuelle y el asiento pueden ser cambiados
sin la necesidad de sacar la válvula de la
línea, es decir, sin ser desmontada. No
sirven para vapor sobrecalentado, la
elevada temperatura crea una sobre
presión en el fuelle.
Fig. 2 Válvula de presión balanceada

21. Se pueden ajustar para descargar
a bajas temperaturas, Resiste
vapor
sobrecalentado.
La
respuesta a los cambios de
temperatura es lenta.
Fig. 3 Válvula de expansión líquida

22. Fig. 4 Válvulas de tipo bimétalicos

23. Grupo mecánico
Fig.5
libre.wmv
Válvula de flotador
Fig.7 Válvula con eliminador
termostático de aire
Fig. 6 Válvula de flotador y palanca

24. Fig. 8 Trampa de balde abierto
Fig. 9 Válvula de cubeta invertida

25. Instalación de las trampas de vapor
Las trampas de valor deben colocarse debajo del equipo o de la tubería
que se requiere drenar para permitir el flujo de condensado, por gravedad,
a la trampa. Todas las trampas deben colocarse lo más cerca posible de
los equipos que se van a drenar.
 Las trampas se deben instalar a no más de 50_m una de otra.
 Utilice una trampa para cada equipo que use vapor.
No instale nunca una sola trampa para un grupo de unidades.
 Instale uniones universales a cada lado de la trampa y a igual distancia,
para facilitar su desmontaje y mantenimiento.
Las tuberías horizontales de Ilegada a la trampa deben tener una leve
inclinación hacia la trampa para evitar un sello de vapor

26.  Antes de las válvulas de control de presión y temperatura.
 Antes de las juntas de expansión y en la parte baja de todas las tuberías
de elevación.
 Al final de las tuberías principales de entrega de vapor.
 En los de nivel inferior de una Iínea horizontal
 En los puntos intermedios de tuberías horizontales muy largas, a
distancias aproximadas de 30,00 mts.

27. Las trampas eliminan el golpe de ariete
El golpe de ariete se produce cuando el condensado en lugar de ser purgado
en los puntos bajos del sistema, es arrastrado por el vapor a lo largo de la
tubería, y se detiene bruscamente al impactar contra algún obstáculo del
sistema. Cuando se obstruye su paso, a causa de una curva u otro accesorio
de tubería, la energía cinética se convierte en un golpe de presión que es
aplicado contra el obstáculo.

28. Filtros
Un filtro es un elemento mecánico usado para retener toda impureza que puede
tener el fluido. Tiene las mismas conexiones que las válvulas y están fabricados
con un cuerpo de acero, hierro fundido, bronce, acero inoxidable. Tienen en su
interior una malla la cual puede ser de acero “o” acero inoxidable

29. Señalización industrial para la red de distribución de vapor
La señalización industrial es de gran importancia en cualquier instalación, ya que
gracias a ésta se pueden evitar accidentes por causa de ignorar cualquier riesgo de
peligro que pueda causar un accidente. Es necesario que se señale los lugares donde
las personas puedan tener contacto con la tubería de vapor ya que ésta se encuentra
a una elevada temperatura y puede causar graves quemaduras a una persona si la
llega a tocar. También es necesario que se identifique el revestimiento y la tubería que
no tiene revestimiento con franjas de colores amarillo y anaranjado que indiquen que
la tubería es de vapor, con esta medida se evitara que los operarios que le dan
mantenimiento a otras tuberías puedan tener accidentes por tocar o rozar sin intención
la tubería de la red de distribución de vapor.
 Dos franjas amarillas _____________________tubería de vapor
 Una franja amarilla y una anaranjada__ ______tubería de retorno de vapor

30. Presión
La presión a la que el vapor debe distribuirse está básicamente determinada
por el equipo de la planta que requiere una mayor presión.
Si se tiene en cuenta, como se verá con más detalle posteriormente, que el
vapor perderá una parte de su presión al pasar por la tubería, a causa de la
pérdida de carga en la misma y a la condensación por la cesión de calor a la
tubería, se deberá preveer este margen a la hora de decidir la presión inicial
de distribución desde la caldera.
Resumiendo, cuando se selecciona la presión de trabajo, se debe tener en
cuenta lo siguiente:
 Presión requerida en el punto de utilización.
 Caída de presión a lo largo de la tubería
 Pérdidas de calor en la tubería.

31. El vapor a alta presión presenta un volumen específico menor 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.
Ventajas de la generación y distribución de vapor a una
presión elevada:
 Se requieren tuberías de distribución de vapor de menor diámetro.
 Menores pérdidas energéticas al presentar una superficie de intercambio
menor.
Menor coste de las líneas de distribución.
Menor coste de accesorios de tubería y mano de obra de montaje.
Menor coste del aislamiento.
Vapor más seco en el punto de utilización, debido al efecto de aumento de
fracción seca que tiene lugar con cualquier aumento de presión.

32. Tuberías para vapor
Se puede llamar tubería a cualquier cuerpo hueco con cualquier forma geométrica
que puede conducir entre sus paredes a sólidos, líquidos, gases, vapores, o
mezclas de los anteriores. Cabe mencionar la denominación que se le da a una
tubería por el fluido que conduce:
 Al manejar líquidos se le llamará tubería.
 Cuando maneja gases o vapores comúnmente a baja presión y velocidad se les
llama ductos.
 Si conduce sólidos en caída por gravedad se les nombra como tiros.
Tubería
Ductos
Tiros

33. El tamaño ( diámetro ) de la tubería se identifica por su nominal pipe size “NPS”
( tamaño nominal de tubo en ingles ). Para soportar diferentes presiones, la tubería
en un diámetro dado puede ser ofertada con diferentes grosores.
Materiales para tuberías
Tuberías hechas con materiales ferrosos: fierro fundido, acero y sus
aleaciones han probado ser los materiales que dan mejores condiciones de
resistencia química y mecánica contra el costo, en la actualidad son los
materiales mas comunes de tubería.
Tubería con costura
Tubería sin costura

34. Materiales no ferrosos: Podemos hablar entonces de tuberías de cobre, plomo,
níquel, bronce, latón y aluminio.
Tubería de cobre
Tubería de aluminio
Materiales plásticos: Las tuberías plásticas se han desarrollado como un buen medio
para conducir fluidos con gran actividad química; generalmente están compuestas de
un polímero único o como resultado de una mezcla de diferentes polímeros. Cabe
hacer notar que en contraposición a su alta resistencia química, se opone su
generalmente pobre resistencia mecánica; por lo que es muy común soportarla con
camisas de tubería metálica u otros tipos de soporte. Cabe hacer notar que en
contraposición a su alta resistencia química, se opone su generalmente pobre
resistencia mecánica; por lo que es muy común soportarla con camisas de tubería
metálica u otros tipos de soporte.

35. Tubería de PVC
Tubería de Polipropileno
Métodos para unir tuberías
Para reunir los tramos de tubería con sus accesorios se puede hacer usos de los
siguientes métodos de unión:
a) Unión por cordón de soldadura a tope.
b) Unión por soldadura a enchufe.
c) Unión por medio de roscado.
d) Unión por bridas atornilladas ( Uniones bridadas )
e) Uniones de sujeción rápida ( uniones rápidas )
f) Uniones especiales.

36. Líneas de tubería unidas con cordón de tubería a tope.
La unión por cordón de soldadura a tope es generalmente tratándose de acero al
carbón, el medio mas económico a prueba de fugas para unir tuberías, pero estas
virtudes se ven opacadas por su nula facilidad de desarme.

37. Unión de tuberías por soldadura a enchufe.
La unión de tuberías por soldaduras a enchufe tiene varios casos: uniones
de alta presión de acero forjado, uniones de media y baja presión para cobre
con soldadura fundida.

38. Unión de tuberías roscadas
Las tuberías se pueden unir roscando la tubería por el lado exterior ( roscado
macho ) y unirlo con accesorios con roscado interior ( roscado hembra ); y estos
accesorios entre si con roscados macho ó hembra. Este sistema de unión seria
universal si no fuera que a partir de 2”Ø se vuelve cada vez mas difícil enroscar
una pieza contra otra.

39. Unión de tuberías bridadas
El medio mas versátil para unir tuberías y sus accesorios es por medio de
bridas, lo cual incrementa su mantenimiento; las bridas son caras y
frecuentemente su uso de limita a ser compañeras de bridas de tanques,
equipos, válvulas, instrumentos , o líneas de proceso que requieren de limpieza
periódica

40. Simbología de elementos que integran la red de vapor

41. Fig. 1 Red de distribución de vapor