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El vapor en la Industria
VaInGe-r_307 2
Objetivo
• Con esta presentación se pretende trasladar
ideas generales y básicas para facilitar un mejor
conocimiento del vapor y los sistemas de
generación, distribución y aplicación, para que
los técnicos responsables del diseño, montaje,
operación y mantenimiento puedan obtener
mejoras en la producción y en la eficiencia
energética.
VaInGe-r_307 3
Programa
• Principios básicos del vapor
• Circuito de vapor
• Equipamiento sala de calderas
• Distribución del vapor
• Equipos de proceso
• Retorno del condensado
VaInGe-r_307 4
¿Qué es el vapor?
• Es un fluido utilizado
para proporcionar
fuerza motriz y energía
calorífica
• Es el medio natural
más eficiente de
transferencia de calor
en la industria
• El vapor es incoloro,
inodoro y estéril.
VaInGe-r_307 5
¿Qué es el vapor?
Aplicando calor:
• El hielo pasa a líquido
• La temperatura del
líquido aumenta
• El líquido se convierte
en gas (vapor saturado)
• Aplicando más calor se
obtiene vapor sobrecalentado
Centraremos la atención en las
fases líquido / gas y en el cambio
de una a la otra.
El agua puede estar en tres
estados:
 Sólido
 Líquido
 Gas (vapor)
VaInGe-r_307 6
¿Cómo se obtiene el vapor?
• Si se añade calor al agua,
su temperatura aumenta
hasta alcanzar un valor
llamado temperatura de
saturación
• Un nuevo aporte de energía
hará que el agua hierva y se
convierta en vapor.
VaInGe-r_307 7
¿Cómo se obtiene el vapor?
• La evaporación requiere
una cantidad importante de
energía y mientras se está
produciendo, el agua y el
vapor formado tienen la
misma temperatura
• Cuando el vapor libera esta
energía se convierte en
agua, sin cambio de
temperatura.
VaInGe-r_307 8
¿Para qué se usa el vapor?
Agua + Calor = Vapor
Vapor - Calor = Agua
El vapor es un transportador energía.
Después de utilizarse como fuerza motriz, se descubrió que
el vapor también era muy eficaz como medio de
transferencia de energía calorífica
VaInGe-r_307 9
¿Dónde se usa el vapor?
• En la actualidad se usa como fuerza motriz en la
producción de energía eléctrica (turbinas)
• Como medio de transferencia de calor existen
multitud de industrias:
 Petroquímica, Química, Farmacéutica, Metalúrgica,
Naval, Textil, Papelera, Cervecera, Tabacalera,
Alimentación, Bebidas, Caucho, Servicios, etc
• En procesos muy diversos:
 Calentar, evaporar, fundir, esterilizar, secar, humidificar,
cocinar, lavar, planchar, vacío, etc.
VaInGe-r_307 10
¿Porqué se usa el vapor?
• Para su producción se utiliza agua:
 Abundante, Barata, Fácil de obtener
• Es muy controlable:
 A cada presión le corresponde una temperatura, una
energía específica, un volumen específico
• Transporta cantidades de energía elevadas por
unidad de masa:
 Menor superficie de intercambio en los procesos y
menor cantidad de fluido usado
• Es estéril y de fácil distribución y control.
VaInGe-r_307 11
Tablas del vapor
ENTALPIA ESPECIFICA
Presión
manomé-
trica (bar)
Temp.
ºC
Agua
kJ / kg
Evaporación
kJ / kg
Total
kJ / kg
Volumen
específico
m3 / kg
0
1
2
3
4
5
6
7
100
120.42
133.69
143.75
151.96
158.92
165.04
170.5
419
506
562
605
641
671
697
721
2257
2201
2163
2133
2108
2086
2066
2048
2676
2707
2725
2738
2749
2757
2763
2769
1.673
0.881
0.603
0.461
0.374
0.315
0.272
0.24
Presión
absoluta
bar
1
2
3
4
5
6
7
8
VaInGe-r_307 12
Calidad del vapor
• Vapor Saturado
 No contiene gotas de agua líquida
• Vapor Húmedo
 Contiene gotas de agua
 Aumenta la erosión 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 más seco posible
VaInGe-r_307 13
Condensación del vapor y Transferencia de calor
Cuando el vapor
condensa cede calor
(entalpía de evaporación)
• En un recipiente con un producto calentado con vapor a
través de un serpentín, el vapor condensa cediendo su
entalpía de evaporación a la pared metálica del serpentín,
el cual la transfiere al producto
• A medida que el vapor condensa, se forma agua que
debe ser drenada.
VaInGe-r_307 14
Barreras en la transferencia de calor
Pared
metálica
Capas de
suciedad Producto
Producto
a
calentar
Vapor
Aire Condensado
VaInGe-r_307 15
Eliminación de agua y aire en el vapor
• Solución a los problemas de agua y aire:
 Purgadores
 Eliminadores
• Son válvulas automáticas que abren en presencia de agua
o aire y cierran con vapor
Purgador
Eliminador aire
Marmita
Purgador
Eliminador aire
Final tubería
VaInGe-r_307 16
Circuito típico de vapor
Caldera
Marmita
Bomba.
Tanque alimentación
Alimentación
agua
Condensado
Condensado
Vapor
Vapor
Depósito con
serpentín
Intercambiador
Aportación agua
VaInGe-r_307 17
Instalaciones de vapor
• El vapor debe estar disponible en el punto de
uso satisfaciendo los siguientes factores:
 Cantidad suficiente
 Presión y temperatura correcta
 Libre de aire y gases incondensables
 Limpio
 Seco.
VaInGe-r_307 18
Calderas de vapor
• La caldera es el equipo que
convierte agua en vapor
aplicando calor
• De su correcta elección y
equipamiento depende en
buena parte el rendimiento
total del sistema
• Hay dos tipos de calderas,
según la disposición de los
fluidos:
 Pirotubulares
 Acuotubulares.
VaInGe-r_307 19
Calderas pirotubulares
• Calor por el interior
de los tubos
• Agua por el exterior
de los tubos
• Para presiones
máximas de 20 bar y
consumos hasta 30
T/h
• Son económicas, de
alto rendimiento y
fácil mantenimiento.
2º paso (tubos)
1º paso (horno)
Vapor
Gases de
combustión
Cámara de evaporación
Quemador
VaInGe-r_307 20
Calderas acuotubulares
• Calor por el exterior de
los tubos
• Agua por el interior de
los tubos
• Son más seguras
• Se usan normalmente
para presiones altas.
Calor
Agua
Vapor
Domo inferior
Domo superior
VaInGe-r_307 21
Equipamiento calderas
• Los objetivos del
equipamiento de
una caldera son:
 Funcionamiento
 Seguridad
 Eficiencia.
VaInGe-r_307 22
Equipamiento por funcionamiento
• Sistema control nivel de
agua
• Bomba alimentación
agua
• Quemador combustible
• Presostatos
• Válvulas interrupción,
Manómetros, etc.
VaInGe-r_307 23
Control de nivel todo / nada
Sonda
LP10-3
Controlador
LC1000
Bomba agua
alimentación
VaInGe-r_307 24
Control de nivel modulante
Bomba agua
alimentación
Válvula con
actuador eléctrico
Sonda capacitiva
LP20 / PA20
Recircu-
lación
Controlador
LC2200
VaInGe-r_307 25
Equipamiento por seguridad
• Indicadores de nivel
• Alarmas de nivel
• Válvulas de seguridad
• Válvulas de retención
alimentación agua
• Presostato
• Normativas de
construcción y ubicación.
VaInGe-r_307 26
Indicadores de nivel
Nivel agua normal
(control
modulante)
Alarma de nivel alto
Paro bomba o válvula alim. cerrada
Marcha bomba o válvula alim. abierta
1ª Alarma de nivel bajo
2ª Alarma de nivel bajo
VaInGe-r_307 27
Alarmas de nivel
• Las alarmas de nivel detectan niveles bajo o
alto y paran la caldera. Existen dos tipos:
Alarmas de nivel estándar:
 Para sala de calderas con vigilancia continua
Alarmas de nivel de alta seguridad:
 Con auto verificación
 Para sala de calderas sin vigilancia continua.
VaInGe-r_307 28
Equipamiento por eficiencia
• Tratamiento del agua de
alimentación
• Control purgas de caldera
• Recuperación de calor en
las purgas
• Control de la combustión
• Recuperación de calor en
los humos de combustión.
VaInGe-r_307 29
Tanque de alimentación - eficaz
Retorno de
condensados
a Caldera
Sistema de
recirculación
Agua de
aportación
Revaporizado
de las
purgas
Cabezal
mezclador y
desaireador
Venteo
Control de nivel
Control de
temperatura
Tanque alimentación
VaInGe-r_307 30
Producción de vapor
Vapor limpio y seco
Agua de
alimentación
con impurezas Acumulación
de impurezas
en la caldera
Eliminación
de impurezas.
VaInGe-r_307 31
Producción de vapor (ejemplo)
Agua alimentación con:
250 ppm = 0,25 gr / litro
Producción vapor: 10.000 kg / h
Acumulación de impurezas:
1 Hora: 0,25 x 10.000 = 2,5 kg
10 Horas: 2,5 x 10 = 25 kg
100 Horas:2,5 x 100 = 250 kg
PURGANDO
¿Cómo evitarlo?
¿Cuanto?
¿Cómo?
VaInGe-r_307 32
¿Cuanto purgar? (ejemplo)
Agua alimentación con:
250 ppm = 0,25 gr/litro
Producción vapor:
10.000 kg/h
Valor de sales recomendado:
Entre 2000 y 4000 ppm
(dependiendo de la caldera)
ppm(entrada) x Producción 250 x 10.000
Cantidad purga = = = 909 kg/h
ppm (deseado) – ppm (entrada) 3000 – 250
· Pérdidas de energía
+ Purga · Pérdidas de agua
· Pérdidas de tratamiento
· Aumento de sales
– Purga · Aumento de espumas
· Arrastres de agua con vapor
VaInGe-r_307 33
¿Cómo purgar la caldera?
Sonda
conductiva
Controlador
Válvula control
purga
Enfriador de muestras.
Sistema Automático de Control de Sales
VaInGe-r_307 34
Purga de fondos temporizada
Válvula con actuador
neumático Temporizador
VaInGe-r_307 35
Agua con el vapor
• Las calderas producen arrastres de agua con
el vapor por:
 Producción a baja presión
 Demanda excesiva
 Nivel de agua alto
 Formación de espuma por alta concentración de
sales.
VaInGe-r_307 36
La distribución a alta presión tiene las siguientes ventajas:
 Tubería de vapor mas pequeña con menor pérdida de calor y coste de
material
 En los procesos con presión mas baja, la reducción mejora la calidad del
vapor
 La caldera tiene mayor rendimiento trabajando con presión alta.
Distribuidor vapor
Sistema de purga
Estación reductora presión
Vapor de caldera
Separador
Vapor alta presión
Eliminador
Aire
Distribución del vapor
VaInGe-r_307 37
Dimensionado de tuberías
+ Coste
+ Pérdidas calor
+ Condensado
+ Velocidad
+ Caída de presión
+ Erosión.
Sobredimensionada
Subdimensionada
VaInGe-r_307 38
¿Cómo elegimos el tamaño?
• Considerando: Velocidad y Caída de presión
• La velocidad del vapor no debe sobrepasar:
 En líneas principales 25 a 35 m/seg
 En derivaciones 20 a 25 m/seg.
• La caída de presión no debe superar un determinado
valor, para asegurar que el vapor llega a los puntos de
consumo con la presión necesaria
L
Caudal vapor
P1 P2
VaInGe-r_307 39
Drenaje de tuberías
Vapor Separador
Válvula V.retención Purgador Detector fugas Filtro Válvula
VaInGe-r_307 40
Golpe de ariete
Pandeo en la tubería
Bolsa de condensado
Vibraciones y ruidos
causados por
golpe de ariete
Condensado
VaInGe-r_307 41
Inclinación y drenaje de tuberías
• Las tuberías de vapor deben drenarse en :
 Puntos bajos
 Tramos rectos (cada 50 metros máximo)
 Finales de línea.
Vapor
Elevación
Puntos de drenaje
30 - 50m
Inclinación 1/250
Flujo vapor
VaInGe-r_307 42
Puntos de drenaje
Correcto
Condensado
Pozo de goteo
Conjunto purgador
Sección
Sección
Conjunto purgador
Vapor
Vapor
Incorrecto.
VaInGe-r_307 43
Eliminación de aire
Final línea de vapor
Purgador
termodinámico
Aire
Eliminador
termostático de aire
Condensado
Vapor
VaInGe-r_307 44
Reducción en líneas de vapor
Vapor
Vapor
Condensado
Correcto
Incorrecto
VaInGe-r_307 45
Filtros en alimentación de vapor
• Los filtros en las líneas de vapor, pueden ser una fuente
de problemas de golpes de ariete. Para evitarlos deben
montarse con la cesta en posición horizontal.
Filtro
Válvula de control
Vapor
VaInGe-r_307 46
Conexión de las derivaciones
• La conexión de una
derivación por la parte alta
de la tubería principal
asegura un vapor más seco
en el proceso.
 Correcto
 Incorrecto
Condensado
Condensado
Vapor Vapor
VaInGe-r_307 47
Drenaje de una derivación
Válvula de
Interrupción
Conjunto de drenaje
Tubería principal
Vapo
r
• El condensado
se acumula
delante de la
válvula cerrada
y se introducirá
con el vapor
cuando abra
• Es conveniente
el drenaje en el
punto bajo de
la derivación.
VaInGe-r_307 48
Compensación de dilataciones
Lira
• Se suele utilizar cuando se dispone de espacio
• Debe montarse horizontal, en el mismo plano que la
tubería, para evitar puntos de acumulación de
condensado.
VaInGe-r_307 49
Compensación de dilataciones
Fuelle
• Se intercalan en la tubería ocupando poco espacio
• Deben estar perfectamente alineados con la tubería y esta
de estar bien anclada y guiada para que las fuerzas
laterales no las soporte el fuelle.
VaInGe-r_307 50
Pérdidas energéticas en tuberías de vapor
Se ha considerado un coste del vapor de 12 euros (2000 ptas)/Tonelada
Ejemplo:
En 100 metros de tubería de 4” con presión 12 bar, el aislamiento supone
un ahorro anual de 16.200 euros (2.695.000 ptas).
Presión 8 bar Presión 12 bar
Tamaño
tubería
Sin aislamiento
Euros/metro x mes
Con aislamiento
(eficacia 80%)
Euros/metro x mes
Sin aislamiento
Euros/metro x mes
Con aislamiento
(eficacia 80%)
Euros/metro x mes
3/4" 3,43 0,69 4,51 0,90
1" 4,15 0,83 5,53 1,11
1.1/4" 5,11 1,02 6,73 1,35
1.1/2" 5,71 1,14 7,57 1,51
2" 7,03 1,41 9,32 1,86
2.1/2" 8,29 1,66 11,00 2,20
3" 9,92 1,98 12,92 2,58
4" 12,50 2,50 16,89 3,38
VaInGe-r_307 51
Reducción de presión
Se instalan válvulas reductoras por:
• Necesidad
 Presión de diseño del equipo inferior a la presión
disponible
• Eficacia
 Ahorro de energía si el proceso admite menor presión
 Mejora la calidad del vapor
 Aumenta la vida de los equipos.
VaInGe-r_307 52
Válvula reductora de acción directa DRV
Flujo de abajo
hacia arriba del
asiento Vástago con doble guía
Fuelle de compensación
Plato de ajuste de
presión
Vástago sellado con fuelle
Resorte para ajuste
de presión
Plato resorte con
cojinetes
Cámara presión con
diafragma
Gama de 6 actuadores
con diferentes resortes
intercambiables
VaInGe-r_307 53
Válvula reductora pilotada DP
Resorte control
Conexión para toma
presión externa
Resorte retorno vál. principal
Orificio control
Diafragma principal
Ajuste de presión
Diafragma piloto
Válvula piloto
Válvula principal
Flujo
VaInGe-r_307 54
Instalación válvulas reductoras
Separador Válvula Filtro Manómetro Válvula Válvula Manómetro Válvula
interrupción reductora seguridad interrupción
Válvula Filtro Cámara Purgador Válvula
interrupción spiratec retención
VaInGe-r_307 55
Regulación de temperatura
• Muchos procesos industriales necesitan controlar
la temperatura
• La calidad de los productos depende, en muchos
casos, de un control riguroso de su temperatura
• Desde el punto de vista del ahorro de energía, la
temperatura ideal es la mínima admisible para el
proceso
• Si el contenido de un tanque abierto está a 90 ºC
y el proceso permitiera una temperatura de 70 ºC,
se podría conseguir un ahorro energético del 30%.
VaInGe-r_307 56
Selección de un sistema de intercambio de calor
Agua fría
Agua caliente
Vapor
Condensado
Purgador:
• Caudal condensado
• Presión entrada
• Presión salida.
Intercambiador:
• P. Vapor en intercambiador
• Caudal fluido a calentar
• Temperatura entrada
• Temperatura salida
Válvula:
• Caudal vapor
• Presión entrada
• Presión salida
VaInGe-r_307 57
Medición del caudal de vapor
• La principal razón 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 información
vital sobre su uso y costes asociados que permite mejorar
la eficiencia en cuatro áreas:
 Eficiencia de la planta
 Distribución de cargas, puntas de consumo, etc
 Uso eficiente de la energía
 Resultados de medidas de ahorro energético, detección de fugas, etc
 Control de procesos
 Confirmar si se ha suministrado suficiente vapor a la presión y
temperatura correcta, conocer puntas de consumo, etc
 Cálculo y atribución de costes
 Coste como materia prima, rendimiento por secciones, venta de vapor.
VaInGe-r_307 58
Tipos de medidores de caudal
• Placa Orificio
• Vortex
• Area variable
 Medida de ángulo
 Medida de fuerza
 Medida de presión diferencial.
VaInGe-r_307 59
Diferencias de características en los medidores
Precisión Rango Ejemplo
(caudal máx. / mín.)
• Placa orificio +/- 3 % 4 : 1 1000 / 250 kg/h
• Vortex +/- 1 % 10 : 1 1000 / 100 kg/h
• Area variable +/- 2 % 25 : 1 1000 / 40 kg/h
(ángulo)
• Area variable +/- 2 % 50 : 1 1000 / 20 kg/h.
(fuerza)
• Area variable +/- 1 % 100 : 1 1000 / 10 kg/h
(p. diferencial)
VaInGe-r_307 60
Drenaje de condensado
• Cuando el vapor cede su calor latente o entalpía
de evaporación se convierte en condensado
• En los sistemas de vapor son necesarios
elementos que diferencien el estado gas (vapor)
y el líquido (condensado)
• A estos elementos se les llama purgadores de
vapor
• El purgador es una válvula automática que cierra
en presencia de vapor y abre cuando le llega
condensado o aire.
VaInGe-r_307 61
Tipos de purgadores
• Termostáticos
Actúan por temperatura. El condensado debe enfriarse por
debajo de la temperatura del vapor
 Termostáticos de presión equilibrada
 Termostáticos bimetálicos
• Mecánicos
Actúan por diferencia de densidad entre el vapor y el
condensado
 Mecánicos de boya cerrada
 Mecánicos de cubeta invertida
• Termodinámicos
Actúan por diferencia de velocidad entre vapor y
condensado.
VaInGe-r_307 62
Purgador termostático de presión equilibrada
• En la puesta en marcha
la cápsula termostática
está fría y mantiene la
válvula abierta.
• El condensado frío y el
aire son descargados
inmediatamente.
•La cápsula se calienta
cuando la temperatura
del condensado se
acerca a la del vapor
•El líquido que la llena
hierve y la presión de
vapor resultante empuja
la válvula hacía el
asiento cerrando el paso
•Cuando el condensado
se enfría, el vapor de la
cápsula condensa y la
presión interna de la
misma cae
•La válvula abre,
descarga el condensado
y el ciclo se repite.
Cápsula termostática
VaInGe-r_307 63
Purgador termostático bimetálico
• En la puesta en
marcha, el elemento
bimetálico está
relajado y la válvula
abierta.
• El condensado frío y el
aire son descargados
inmediatamente.
• Al fluir el condensado
caliente a través del
purgador, las láminas
se dilatan y empujan la
válvula contra el
asiento
• Cuando la temperatura
del condensado se
acerca a la del vapor la
válvula cierra.
• Cuando no hay flujo el
condensado se enfría,
el elemento se relaja, la
presión abre la válvula
y el ciclo se repite.
Elemento bimetálico
VaInGe-r_307 64
Purgador mecánico de boya cerrada
• En la puesta en
marcha, un
eliminador
termostático permite
salir el aire a través
de un by-pass de la
válvula principal.
• El condensado entra y hace
flotar la boya que unida a
una palanca abre la válvula,
permitiendo la salida
• El condensado caliente
cierra el eliminador de aire
• Cuando llega
vapor el flotador
baja y cierra el
orificio de salida
• El nivel de agua
queda por encima
de este orificio.
Eliminador termostático
VaInGe-r_307 65
Purgador mecánico de cubeta invertida
Orificio
venteo
•El condensado llega
al purgador y forma
un sello de agua
•El peso de la cubeta
mantiene la válvula
abierta y permite la
salida de condensado
• Cuando el vapor
entra eleva la
cubeta
• El mecanismo
de palanca se
desplaza y
cierra la válvula
• El vapor sale
de la cubeta
por un orificio.
• El peso de la
cubeta abre la
válvula y el
ciclo se repite
• El orificio de venteo
es pequeño y
elimina el aire
lentamente, puede
ser necesario un
eliminador de aire
separado.
VaInGe-r_307 66
Purgador termodinámico
• En la puesta en
marcha, la presión
entrante levanta el
disco
• El condensado frío
y el aire salen
inmediatamente
• El condensado caliente
produce revaporizado
• La alta velocidad baja la
presión en el disco y lo acerca
al asiento
• Al mismo tiempo se produce
una presión, producida por el
revaporizado en la cámara
sobre el disco, que le obliga a
cerrar venciendo la presión
del condensado
• El disco cierra la entrada y
mantiene la cámara
superior presurizada
• La presión en la cámara
disminuye por
condensación del
revaporizado
• El disco se levanta cuando
vence la presión de
entrada y el ciclo se repite.
Disco
VaInGe-r_307 67
Selección de purgadores
• Por aplicación
 Debe seleccionarse el purgador más adecuado para cada
aplicación.
 Esto puede ser muy amplio, pero como guía puede utilizarse lo
siguiente:
 Termostáticos (Purga de aire, Acompañamiento no crítico
de vapor, Equipos que pueden ser inundados
para poder aprovechar calor sensible)
 Mecánicos (Procesos con control de temperatura)
 Termodinámicos (Drenaje de líneas de distribución de vapor,
Acompañamiento crítico de vapor)
• Por condiciones de trabajo
 Hay que tener en cuenta la Presión,Temperatura, Caudal de
condensado y Presión diferencial.
VaInGe-r_307 68
Selección según caudal y presión diferencial
• La capacidad de un
purgador depende de la
presión diferencial
• Un purgador
descargando a la
atmósfera, para el
cálculo de su capacidad
se tomará como presión
diferencial la de entrada
• Sin embargo si
descarga a una línea
presurizada, se tomará
la diferencia de
presiones entre la
entrada y la salida.
Presión diferencial (bar
Condensado
(kg/h)
VaInGe-r_307 69
Montaje purgador de boya cerrada
Sentido de
circulación
del fluido
según flecha
en el cuerpo Posición con
flecha de placa
características
vertical y con la
punta hacia abajo
VaInGe-r_307 70
Fugas de vapor en purgadores
Las fugas de vapor
en purgadores
causan
pérdidas de energía
y problemas de
funcionamiento en
otros equipos
por aumento en la
contrapresión.
VaInGe-r_307 71
Fugas de vapor en purgadores (ejemplo)
• Considerando un purgador de 1/2” con un orificio de 4 mm, trabajando
con presión de 10 bar r y contrapresión de 2 bar r
W = D2 x P x 0,41 W = Fuga de vapor en Kg/h
D = Diámetro orificio en mm
P = Presión diferencial en bar
W = 16 x 8 x 0.41 = 52,48 kg/h
• Los purgadores que tienen fugas de vapor también descargan
condensado y no todos quedan abiertos totalmente, por lo cual
consideramos que pierden la cuarta parte del valor calculado:
52,48 : 4 = 13 kg/h
Pérdidas económicas anuales:
13 kg/h x 24 h/día x 350 días/año = 109.200 kg/h = 109 Ton/año
Con un coste de 12 euros/Ton. Vapor
109 Ton/año x 12 euros/Ton = 1.300 euros/año (216.000 ptas/año).
VaInGe-r_307 72
Detección de fugas en purgadores
• Por ultrasonidos
 Se requiere experiencia
 Puede utilizarse para detectar fugas en otros
elementos y otros fluidos
• Sistema Spiratec
 No se requiere experiencia
 Sólo utilizable en purgadores
 Necesita montar una cámara delante del purgador o
instalar purgadores que ya la incorporan
VaInGe-r_307 73
Detección de fugas por ultrasonidos
Purgador
Sonda
Indicador de
ultrasonidos
VaInGe-r_307 74
Detección de fugas con Spiratec (opciones)
Purgador con cámara sensora independiente
Purgador con sensor incorporado
Control
automático R1C
Control
automático R16C
Indicador
manual
VaInGe-r_307 75
Recuperación del condensado
• Es necesario recuperar el condensado por:
 Por ahorro de energía
Alimentar una caldera de 10 bar, con agua a 80 ºC en
lugar de 20 ºC supone un ahorro de combustible del 9%
 Por ahorro en tratamiento del agua de
alimentación a caldera
El condensado es agua pura si no se contamina en su
recorrido. El porcentaje de ahorro será el mismo que el
de recuperación de condensado
 Por ahorro del coste agua.
VaInGe-r_307 76
Dimensionado de tuberías de condensado
15 mm 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm 50 mm 65 mm 80 mm 100 mm
Pérd. 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 tuberías de acero:
• Las tuberías de condensado deben tener una sección que
permita llevar el condensado y el revaporizado que se forme. Si
van llenas de condensado se presurizan
• Una forma práctica de dimensionado consiste en considerar el
doble de caudal de condensado.
VaInGe-r_307 77
Contrapresión en los purgadores
• La presión en la línea de condensados
(Contrapresión en los purgadores) es igual a:
Presión hidrostática (altura manométrica)
+
Resistencia por rozamiento al paso del fluido
• La capacidad de descarga de los purgadores
depende de la Presión Diferencial que es:
Presión entrada - Contrapresión
• Cuando no hay suficiente presión diferencial, no
se puede recuperar el condensado o ha de
hacerse a través de una bomba.
VaInGe-r_307 78
Bombas de condensado accionadas por vapor
Flotador
Resorte
Entrada vapor
o aire
Escape
Válvula retención
entrada
condensado
Válvula retención
salida
condensado
VaInGe-r_307 79
Instalación bombas accionadas por vapor
Condensad
o de
purgadores
Condensado
a retorno
Atmósfera
Entrada
condensado
por gravedad
Vapor
Escape
.
VaInGe-r_307 80
Drenaje de intercambiadores de calor
• Un elevado número de procesos utiliza la
transferencia de calor del vapor a otro fluido,
utilizando intercambiadores de calor
• Cuando el vapor cede calor se forma condensado
que se drena a través de un purgador
• Suelen aparecer con frecuencia problemas de:
 Temperaturas inestables
 Corrosión excesiva
 Ruido y daños en los equipos por golpes de ariete
• La principal causa de estos problemas es el
drenaje deficiente del condensado.
VaInGe-r_307 81
Funcionamiento Intercambiador de calor (1)
Temperatura salida baja
Válvula control
abre y aumenta P1
Si P1 > P2 y la
presión diferencial es
la suficiente para que
el purgador drene el
condensado, el
intercambiador
funcionará
correctamente
Intercambiador de calor
P2
P1
Purgador
Vapor
Fluido a
calentar
VaInGe-r_307 82
Funcionamiento Intercambiador de calor (2)
Temperatura salida aumenta
Válvula control va
cerrando y disminuye P1
Si P1 – P2 es
insuficiente para que el
purgador drene el
condensado se produce
“interrupción de flujo”
El intercambiador se
inundará y será la causa
de los problemas
indicados
Intercambiador de calor
P2
P1
Purgador
Vapor
Fluido a
calentar
VaInGe-r_307 83
Solución al problema de inundación
• Los problemas de inundación en sistemas de intercambio de calor se resuelven
con la instalación de un sistema bomba/purgador, accionado por vapor
• Cuando hay presión diferencial suficiente actúa como purgador y cuando no la
hay el mecanismo bomba permite la entrada de vapor, que impulsa el
condensado a la tubería de retorno.
Válvula de
control
Bomba/purgador
Intercambiador
Vapor
Vapor
Aire
VaInGe-r_307 84
Resumen
• Principios básicos del vapor (tablas, calidad, transferencia)
• Barreras en la transferencia de calor (suciedad, agua, aire)
• Instalaciones (cantidad vapor, presión, limpio, seco y sin aire)
• Circuito típico de vapor (caldera, distribución vapor, procesos y
retorno condensados)
• Equipamiento caldera (funcionamiento, seguridad, eficiencia)
• Control de nivel (todo / nada, modulante)
• Alarmas de nivel (estándar y alta seguridad)
• Tanque de alimentación (asegurar mezcla correcta)
• Producción de vapor (limpio y seco, necesidad de purgar)
• Sistema automático de control de sales y purga de fondo
• Agua con el vapor (baja presión, valores altos de demanda,
nivel y sales).
VaInGe-r_307 85
Resumen (cont.)
• Dimensionado tuberías vapor (velocidad y caída de presión)
• Drenaje de tuberías de vapor (evitar golpes de ariete)
• Reducción en líneas de vapor (mejor excéntricas)
• Montaje de filtros en vapor (tamiz horizontal)
• Conexión de las derivaciones (por la parte alta)
• Drenaje de las derivaciones antes de válvulas de control
• Compensación de dilataciones (liras y fuelles)
• Calorifugado de tuberías (ahorro y seguridad)
• Reducción de presión (calidad y posible ahorro)
• Equipo reductor de presión (instalación y dimensionado)
• Regulación de temperatura (calidad productos y ahorro).
VaInGe-r_307 86
Resumen
• Intercambiadores de calor (selección sistema intercambio)
• Medición del caudal de vapor (eficiencia, control, costes)
• Características medidores de caudal (precisión, rango)
• Purgadores (termostáticos, mecánicos, termodinámicos)
• Selección de purgadores (aplicación, presión, temperatura,
caudal, presión diferencial)
• Detección de fugas (ultrasonidos, spiratec)
• Recuperación condensado (ahorro energía, tratamiento y agua)
• Dimensionado de tuberías de condensado
• Bombas de condensado accionadas por vapor
• Intercambiadores de calor (funcionamiento y solución al
problema de inundación).
VaInGe-r_307 87
El grupo Spirax Sarco
• Fundado en 1910
• Tiene su central en Cheltenham (Inglaterra)
• 4.000 personas en 40 compañías de 32 países
• 12 plantas de fabricación y 31 centros de formación
• Filial española en S. Feliu de Llobregat (Barcelona), con
oficinas en Madrid, Bilbao, Valencia y representantes en
17 zonas geográficas de todo el territorio español
• Proporciona conocimientos, servicios y productos en todo
el mundo para el control y uso eficiente del vapor y otros
fluidos industriales.
VaInGe-r_307 88
El grupo Spirax Sarco
 Cursos de formación teórica y práctica
 Centro de formación en S. Feliu (Barcelona), con área de
entrenamiento (instalación de vapor) para realizar prácticas
 Asesoramiento técnico
 Estudios completos de instalaciones de vapor
 Revisiones periódicas de purgadores
 Servicio post-venta
 Amplia gama de productos fabricados bajo normas ISO-9001 / ISO-
9002.
Conocimientos, Servicios y Productos
• Spirax Sarco ofrece:
El vapor en la Industria
FIN
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VAPOR EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA Y PRODUCCCION

  • 1. El vapor en la Industria
  • 2. VaInGe-r_307 2 Objetivo • Con esta presentación se pretende trasladar ideas generales y básicas para facilitar un mejor conocimiento del vapor y los sistemas de generación, distribución y aplicación, para que los técnicos responsables del diseño, montaje, operación y mantenimiento puedan obtener mejoras en la producción y en la eficiencia energética.
  • 3. VaInGe-r_307 3 Programa • Principios básicos del vapor • Circuito de vapor • Equipamiento sala de calderas • Distribución del vapor • Equipos de proceso • Retorno del condensado
  • 4. VaInGe-r_307 4 ¿Qué es el vapor? • Es un fluido utilizado para proporcionar fuerza motriz y energía calorífica • Es el medio natural más eficiente de transferencia de calor en la industria • El vapor es incoloro, inodoro y estéril.
  • 5. VaInGe-r_307 5 ¿Qué es el vapor? Aplicando calor: • El hielo pasa a líquido • La temperatura del líquido aumenta • El líquido se convierte en gas (vapor saturado) • Aplicando más calor se obtiene vapor sobrecalentado Centraremos la atención en las fases líquido / gas y en el cambio de una a la otra. El agua puede estar en tres estados:  Sólido  Líquido  Gas (vapor)
  • 6. VaInGe-r_307 6 ¿Cómo se obtiene el vapor? • Si se añade calor al agua, su temperatura aumenta hasta alcanzar un valor llamado temperatura de saturación • Un nuevo aporte de energía hará que el agua hierva y se convierta en vapor.
  • 7. VaInGe-r_307 7 ¿Cómo se obtiene el vapor? • La evaporación requiere una cantidad importante de energía y mientras se está produciendo, el agua y el vapor formado tienen la misma temperatura • Cuando el vapor libera esta energía se convierte en agua, sin cambio de temperatura.
  • 8. VaInGe-r_307 8 ¿Para qué se usa el vapor? Agua + Calor = Vapor Vapor - Calor = Agua El vapor es un transportador energía. Después de utilizarse como fuerza motriz, se descubrió que el vapor también era muy eficaz como medio de transferencia de energía calorífica
  • 9. VaInGe-r_307 9 ¿Dónde se usa el vapor? • En la actualidad se usa como fuerza motriz en la producción de energía eléctrica (turbinas) • Como medio de transferencia de calor existen multitud de industrias:  Petroquímica, Química, Farmacéutica, Metalúrgica, Naval, Textil, Papelera, Cervecera, Tabacalera, Alimentación, Bebidas, Caucho, Servicios, etc • En procesos muy diversos:  Calentar, evaporar, fundir, esterilizar, secar, humidificar, cocinar, lavar, planchar, vacío, etc.
  • 10. VaInGe-r_307 10 ¿Porqué se usa el vapor? • Para su producción se utiliza agua:  Abundante, Barata, Fácil de obtener • Es muy controlable:  A cada presión le corresponde una temperatura, una energía específica, un volumen específico • Transporta cantidades de energía elevadas por unidad de masa:  Menor superficie de intercambio en los procesos y menor cantidad de fluido usado • Es estéril y de fácil distribución y control.
  • 11. VaInGe-r_307 11 Tablas del vapor ENTALPIA ESPECIFICA Presión manomé- trica (bar) Temp. ºC Agua kJ / kg Evaporación kJ / kg Total kJ / kg Volumen específico m3 / kg 0 1 2 3 4 5 6 7 100 120.42 133.69 143.75 151.96 158.92 165.04 170.5 419 506 562 605 641 671 697 721 2257 2201 2163 2133 2108 2086 2066 2048 2676 2707 2725 2738 2749 2757 2763 2769 1.673 0.881 0.603 0.461 0.374 0.315 0.272 0.24 Presión absoluta bar 1 2 3 4 5 6 7 8
  • 12. VaInGe-r_307 12 Calidad del vapor • Vapor Saturado  No contiene gotas de agua líquida • Vapor Húmedo  Contiene gotas de agua  Aumenta la erosión 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 más seco posible
  • 13. VaInGe-r_307 13 Condensación del vapor y Transferencia de calor Cuando el vapor condensa cede calor (entalpía de evaporación) • En un recipiente con un producto calentado con vapor a través de un serpentín, el vapor condensa cediendo su entalpía de evaporación a la pared metálica del serpentín, el cual la transfiere al producto • A medida que el vapor condensa, se forma agua que debe ser drenada.
  • 14. VaInGe-r_307 14 Barreras en la transferencia de calor Pared metálica Capas de suciedad Producto Producto a calentar Vapor Aire Condensado
  • 15. VaInGe-r_307 15 Eliminación de agua y aire en el vapor • Solución a los problemas de agua y aire:  Purgadores  Eliminadores • Son válvulas automáticas que abren en presencia de agua o aire y cierran con vapor Purgador Eliminador aire Marmita Purgador Eliminador aire Final tubería
  • 16. VaInGe-r_307 16 Circuito típico de vapor Caldera Marmita Bomba. Tanque alimentación Alimentación agua Condensado Condensado Vapor Vapor Depósito con serpentín Intercambiador Aportación agua
  • 17. VaInGe-r_307 17 Instalaciones de vapor • El vapor debe estar disponible en el punto de uso satisfaciendo los siguientes factores:  Cantidad suficiente  Presión y temperatura correcta  Libre de aire y gases incondensables  Limpio  Seco.
  • 18. VaInGe-r_307 18 Calderas de vapor • La caldera es el equipo que convierte agua en vapor aplicando calor • De su correcta elección y equipamiento depende en buena parte el rendimiento total del sistema • Hay dos tipos de calderas, según la disposición de los fluidos:  Pirotubulares  Acuotubulares.
  • 19. VaInGe-r_307 19 Calderas pirotubulares • Calor por el interior de los tubos • Agua por el exterior de los tubos • Para presiones máximas de 20 bar y consumos hasta 30 T/h • Son económicas, de alto rendimiento y fácil mantenimiento. 2º paso (tubos) 1º paso (horno) Vapor Gases de combustión Cámara de evaporación Quemador
  • 20. VaInGe-r_307 20 Calderas acuotubulares • Calor por el exterior de los tubos • Agua por el interior de los tubos • Son más seguras • Se usan normalmente para presiones altas. Calor Agua Vapor Domo inferior Domo superior
  • 21. VaInGe-r_307 21 Equipamiento calderas • Los objetivos del equipamiento de una caldera son:  Funcionamiento  Seguridad  Eficiencia.
  • 22. VaInGe-r_307 22 Equipamiento por funcionamiento • Sistema control nivel de agua • Bomba alimentación agua • Quemador combustible • Presostatos • Válvulas interrupción, Manómetros, etc.
  • 23. VaInGe-r_307 23 Control de nivel todo / nada Sonda LP10-3 Controlador LC1000 Bomba agua alimentación
  • 24. VaInGe-r_307 24 Control de nivel modulante Bomba agua alimentación Válvula con actuador eléctrico Sonda capacitiva LP20 / PA20 Recircu- lación Controlador LC2200
  • 25. VaInGe-r_307 25 Equipamiento por seguridad • Indicadores de nivel • Alarmas de nivel • Válvulas de seguridad • Válvulas de retención alimentación agua • Presostato • Normativas de construcción y ubicación.
  • 26. VaInGe-r_307 26 Indicadores de nivel Nivel agua normal (control modulante) Alarma de nivel alto Paro bomba o válvula alim. cerrada Marcha bomba o válvula alim. abierta 1ª Alarma de nivel bajo 2ª Alarma de nivel bajo
  • 27. VaInGe-r_307 27 Alarmas de nivel • Las alarmas de nivel detectan niveles bajo o alto y paran la caldera. Existen dos tipos: Alarmas de nivel estándar:  Para sala de calderas con vigilancia continua Alarmas de nivel de alta seguridad:  Con auto verificación  Para sala de calderas sin vigilancia continua.
  • 28. VaInGe-r_307 28 Equipamiento por eficiencia • Tratamiento del agua de alimentación • Control purgas de caldera • Recuperación de calor en las purgas • Control de la combustión • Recuperación de calor en los humos de combustión.
  • 29. VaInGe-r_307 29 Tanque de alimentación - eficaz Retorno de condensados a Caldera Sistema de recirculación Agua de aportación Revaporizado de las purgas Cabezal mezclador y desaireador Venteo Control de nivel Control de temperatura Tanque alimentación
  • 30. VaInGe-r_307 30 Producción de vapor Vapor limpio y seco Agua de alimentación con impurezas Acumulación de impurezas en la caldera Eliminación de impurezas.
  • 31. VaInGe-r_307 31 Producción de vapor (ejemplo) Agua alimentación con: 250 ppm = 0,25 gr / litro Producción vapor: 10.000 kg / h Acumulación de impurezas: 1 Hora: 0,25 x 10.000 = 2,5 kg 10 Horas: 2,5 x 10 = 25 kg 100 Horas:2,5 x 100 = 250 kg PURGANDO ¿Cómo evitarlo? ¿Cuanto? ¿Cómo?
  • 32. VaInGe-r_307 32 ¿Cuanto purgar? (ejemplo) Agua alimentación con: 250 ppm = 0,25 gr/litro Producción vapor: 10.000 kg/h Valor de sales recomendado: Entre 2000 y 4000 ppm (dependiendo de la caldera) ppm(entrada) x Producción 250 x 10.000 Cantidad purga = = = 909 kg/h ppm (deseado) – ppm (entrada) 3000 – 250 · Pérdidas de energía + Purga · Pérdidas de agua · Pérdidas de tratamiento · Aumento de sales – Purga · Aumento de espumas · Arrastres de agua con vapor
  • 33. VaInGe-r_307 33 ¿Cómo purgar la caldera? Sonda conductiva Controlador Válvula control purga Enfriador de muestras. Sistema Automático de Control de Sales
  • 34. VaInGe-r_307 34 Purga de fondos temporizada Válvula con actuador neumático Temporizador
  • 35. VaInGe-r_307 35 Agua con el vapor • Las calderas producen arrastres de agua con el vapor por:  Producción a baja presión  Demanda excesiva  Nivel de agua alto  Formación de espuma por alta concentración de sales.
  • 36. VaInGe-r_307 36 La distribución a alta presión tiene las siguientes ventajas:  Tubería de vapor mas pequeña con menor pérdida de calor y coste de material  En los procesos con presión mas baja, la reducción mejora la calidad del vapor  La caldera tiene mayor rendimiento trabajando con presión alta. Distribuidor vapor Sistema de purga Estación reductora presión Vapor de caldera Separador Vapor alta presión Eliminador Aire Distribución del vapor
  • 37. VaInGe-r_307 37 Dimensionado de tuberías + Coste + Pérdidas calor + Condensado + Velocidad + Caída de presión + Erosión. Sobredimensionada Subdimensionada
  • 38. VaInGe-r_307 38 ¿Cómo elegimos el tamaño? • Considerando: Velocidad y Caída de presión • La velocidad del vapor no debe sobrepasar:  En líneas principales 25 a 35 m/seg  En derivaciones 20 a 25 m/seg. • La caída de presión no debe superar un determinado valor, para asegurar que el vapor llega a los puntos de consumo con la presión necesaria L Caudal vapor P1 P2
  • 39. VaInGe-r_307 39 Drenaje de tuberías Vapor Separador Válvula V.retención Purgador Detector fugas Filtro Válvula
  • 40. VaInGe-r_307 40 Golpe de ariete Pandeo en la tubería Bolsa de condensado Vibraciones y ruidos causados por golpe de ariete Condensado
  • 41. VaInGe-r_307 41 Inclinación y drenaje de tuberías • Las tuberías de vapor deben drenarse en :  Puntos bajos  Tramos rectos (cada 50 metros máximo)  Finales de línea. Vapor Elevación Puntos de drenaje 30 - 50m Inclinación 1/250 Flujo vapor
  • 42. VaInGe-r_307 42 Puntos de drenaje Correcto Condensado Pozo de goteo Conjunto purgador Sección Sección Conjunto purgador Vapor Vapor Incorrecto.
  • 43. VaInGe-r_307 43 Eliminación de aire Final línea de vapor Purgador termodinámico Aire Eliminador termostático de aire Condensado Vapor
  • 44. VaInGe-r_307 44 Reducción en líneas de vapor Vapor Vapor Condensado Correcto Incorrecto
  • 45. VaInGe-r_307 45 Filtros en alimentación de vapor • Los filtros en las líneas de vapor, pueden ser una fuente de problemas de golpes de ariete. Para evitarlos deben montarse con la cesta en posición horizontal. Filtro Válvula de control Vapor
  • 46. VaInGe-r_307 46 Conexión de las derivaciones • La conexión de una derivación por la parte alta de la tubería principal asegura un vapor más seco en el proceso.  Correcto  Incorrecto Condensado Condensado Vapor Vapor
  • 47. VaInGe-r_307 47 Drenaje de una derivación Válvula de Interrupción Conjunto de drenaje Tubería principal Vapo r • El condensado se acumula delante de la válvula cerrada y se introducirá con el vapor cuando abra • Es conveniente el drenaje en el punto bajo de la derivación.
  • 48. VaInGe-r_307 48 Compensación de dilataciones Lira • Se suele utilizar cuando se dispone de espacio • Debe montarse horizontal, en el mismo plano que la tubería, para evitar puntos de acumulación de condensado.
  • 49. VaInGe-r_307 49 Compensación de dilataciones Fuelle • Se intercalan en la tubería ocupando poco espacio • Deben estar perfectamente alineados con la tubería y esta de estar bien anclada y guiada para que las fuerzas laterales no las soporte el fuelle.
  • 50. VaInGe-r_307 50 Pérdidas energéticas en tuberías de vapor Se ha considerado un coste del vapor de 12 euros (2000 ptas)/Tonelada Ejemplo: En 100 metros de tubería de 4” con presión 12 bar, el aislamiento supone un ahorro anual de 16.200 euros (2.695.000 ptas). Presión 8 bar Presión 12 bar Tamaño tubería Sin aislamiento Euros/metro x mes Con aislamiento (eficacia 80%) Euros/metro x mes Sin aislamiento Euros/metro x mes Con aislamiento (eficacia 80%) Euros/metro x mes 3/4" 3,43 0,69 4,51 0,90 1" 4,15 0,83 5,53 1,11 1.1/4" 5,11 1,02 6,73 1,35 1.1/2" 5,71 1,14 7,57 1,51 2" 7,03 1,41 9,32 1,86 2.1/2" 8,29 1,66 11,00 2,20 3" 9,92 1,98 12,92 2,58 4" 12,50 2,50 16,89 3,38
  • 51. VaInGe-r_307 51 Reducción de presión Se instalan válvulas reductoras por: • Necesidad  Presión de diseño del equipo inferior a la presión disponible • Eficacia  Ahorro de energía si el proceso admite menor presión  Mejora la calidad del vapor  Aumenta la vida de los equipos.
  • 52. VaInGe-r_307 52 Válvula reductora de acción directa DRV Flujo de abajo hacia arriba del asiento Vástago con doble guía Fuelle de compensación Plato de ajuste de presión Vástago sellado con fuelle Resorte para ajuste de presión Plato resorte con cojinetes Cámara presión con diafragma Gama de 6 actuadores con diferentes resortes intercambiables
  • 53. VaInGe-r_307 53 Válvula reductora pilotada DP Resorte control Conexión para toma presión externa Resorte retorno vál. principal Orificio control Diafragma principal Ajuste de presión Diafragma piloto Válvula piloto Válvula principal Flujo
  • 54. VaInGe-r_307 54 Instalación válvulas reductoras Separador Válvula Filtro Manómetro Válvula Válvula Manómetro Válvula interrupción reductora seguridad interrupción Válvula Filtro Cámara Purgador Válvula interrupción spiratec retención
  • 55. VaInGe-r_307 55 Regulación de temperatura • Muchos procesos industriales necesitan controlar la temperatura • La calidad de los productos depende, en muchos casos, de un control riguroso de su temperatura • Desde el punto de vista del ahorro de energía, la temperatura ideal es la mínima admisible para el proceso • Si el contenido de un tanque abierto está a 90 ºC y el proceso permitiera una temperatura de 70 ºC, se podría conseguir un ahorro energético del 30%.
  • 56. VaInGe-r_307 56 Selección de un sistema de intercambio de calor Agua fría Agua caliente Vapor Condensado Purgador: • Caudal condensado • Presión entrada • Presión salida. Intercambiador: • P. Vapor en intercambiador • Caudal fluido a calentar • Temperatura entrada • Temperatura salida Válvula: • Caudal vapor • Presión entrada • Presión salida
  • 57. VaInGe-r_307 57 Medición del caudal de vapor • La principal razón 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 información vital sobre su uso y costes asociados que permite mejorar la eficiencia en cuatro áreas:  Eficiencia de la planta  Distribución de cargas, puntas de consumo, etc  Uso eficiente de la energía  Resultados de medidas de ahorro energético, detección de fugas, etc  Control de procesos  Confirmar si se ha suministrado suficiente vapor a la presión y temperatura correcta, conocer puntas de consumo, etc  Cálculo y atribución de costes  Coste como materia prima, rendimiento por secciones, venta de vapor.
  • 58. VaInGe-r_307 58 Tipos de medidores de caudal • Placa Orificio • Vortex • Area variable  Medida de ángulo  Medida de fuerza  Medida de presión diferencial.
  • 59. VaInGe-r_307 59 Diferencias de características en los medidores Precisión Rango Ejemplo (caudal máx. / mín.) • Placa orificio +/- 3 % 4 : 1 1000 / 250 kg/h • Vortex +/- 1 % 10 : 1 1000 / 100 kg/h • Area variable +/- 2 % 25 : 1 1000 / 40 kg/h (ángulo) • Area variable +/- 2 % 50 : 1 1000 / 20 kg/h. (fuerza) • Area variable +/- 1 % 100 : 1 1000 / 10 kg/h (p. diferencial)
  • 60. VaInGe-r_307 60 Drenaje de condensado • Cuando el vapor cede su calor latente o entalpía de evaporación se convierte en condensado • En los sistemas de vapor son necesarios elementos que diferencien el estado gas (vapor) y el líquido (condensado) • A estos elementos se les llama purgadores de vapor • El purgador es una válvula automática que cierra en presencia de vapor y abre cuando le llega condensado o aire.
  • 61. VaInGe-r_307 61 Tipos de purgadores • Termostáticos Actúan por temperatura. El condensado debe enfriarse por debajo de la temperatura del vapor  Termostáticos de presión equilibrada  Termostáticos bimetálicos • Mecánicos Actúan por diferencia de densidad entre el vapor y el condensado  Mecánicos de boya cerrada  Mecánicos de cubeta invertida • Termodinámicos Actúan por diferencia de velocidad entre vapor y condensado.
  • 62. VaInGe-r_307 62 Purgador termostático de presión equilibrada • En la puesta en marcha la cápsula termostática está fría y mantiene la válvula abierta. • El condensado frío y el aire son descargados inmediatamente. •La cápsula se calienta cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor •El líquido que la llena hierve y la presión de vapor resultante empuja la válvula hacía el asiento cerrando el paso •Cuando el condensado se enfría, el vapor de la cápsula condensa y la presión interna de la misma cae •La válvula abre, descarga el condensado y el ciclo se repite. Cápsula termostática
  • 63. VaInGe-r_307 63 Purgador termostático bimetálico • En la puesta en marcha, el elemento bimetálico está relajado y la válvula abierta. • El condensado frío y el aire son descargados inmediatamente. • Al fluir el condensado caliente a través del purgador, las láminas se dilatan y empujan la válvula contra el asiento • Cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor la válvula cierra. • Cuando no hay flujo el condensado se enfría, el elemento se relaja, la presión abre la válvula y el ciclo se repite. Elemento bimetálico
  • 64. VaInGe-r_307 64 Purgador mecánico de boya cerrada • En la puesta en marcha, un eliminador termostático permite salir el aire a través de un by-pass de la válvula principal. • El condensado entra y hace flotar la boya que unida a una palanca abre la válvula, permitiendo la salida • El condensado caliente cierra el eliminador de aire • Cuando llega vapor el flotador baja y cierra el orificio de salida • El nivel de agua queda por encima de este orificio. Eliminador termostático
  • 65. VaInGe-r_307 65 Purgador mecánico de cubeta invertida Orificio venteo •El condensado llega al purgador y forma un sello de agua •El peso de la cubeta mantiene la válvula abierta y permite la salida de condensado • Cuando el vapor entra eleva la cubeta • El mecanismo de palanca se desplaza y cierra la válvula • El vapor sale de la cubeta por un orificio. • El peso de la cubeta abre la válvula y el ciclo se repite • El orificio de venteo es pequeño y elimina el aire lentamente, puede ser necesario un eliminador de aire separado.
  • 66. VaInGe-r_307 66 Purgador termodinámico • En la puesta en marcha, la presión entrante levanta el disco • El condensado frío y el aire salen inmediatamente • El condensado caliente produce revaporizado • La alta velocidad baja la presión en el disco y lo acerca al asiento • Al mismo tiempo se produce una presión, producida por el revaporizado en la cámara sobre el disco, que le obliga a cerrar venciendo la presión del condensado • El disco cierra la entrada y mantiene la cámara superior presurizada • La presión en la cámara disminuye por condensación del revaporizado • El disco se levanta cuando vence la presión de entrada y el ciclo se repite. Disco
  • 67. VaInGe-r_307 67 Selección de purgadores • Por aplicación  Debe seleccionarse el purgador más adecuado para cada aplicación.  Esto puede ser muy amplio, pero como guía puede utilizarse lo siguiente:  Termostáticos (Purga de aire, Acompañamiento no crítico de vapor, Equipos que pueden ser inundados para poder aprovechar calor sensible)  Mecánicos (Procesos con control de temperatura)  Termodinámicos (Drenaje de líneas de distribución de vapor, Acompañamiento crítico de vapor) • Por condiciones de trabajo  Hay que tener en cuenta la Presión,Temperatura, Caudal de condensado y Presión diferencial.
  • 68. VaInGe-r_307 68 Selección según caudal y presión diferencial • La capacidad de un purgador depende de la presión diferencial • Un purgador descargando a la atmósfera, para el cálculo de su capacidad se tomará como presión diferencial la de entrada • Sin embargo si descarga a una línea presurizada, se tomará la diferencia de presiones entre la entrada y la salida. Presión diferencial (bar Condensado (kg/h)
  • 69. VaInGe-r_307 69 Montaje purgador de boya cerrada Sentido de circulación del fluido según flecha en el cuerpo Posición con flecha de placa características vertical y con la punta hacia abajo
  • 70. VaInGe-r_307 70 Fugas de vapor en purgadores Las fugas de vapor en purgadores causan pérdidas de energía y problemas de funcionamiento en otros equipos por aumento en la contrapresión.
  • 71. VaInGe-r_307 71 Fugas de vapor en purgadores (ejemplo) • Considerando un purgador de 1/2” con un orificio de 4 mm, trabajando con presión de 10 bar r y contrapresión de 2 bar r W = D2 x P x 0,41 W = Fuga de vapor en Kg/h D = Diámetro orificio en mm P = Presión diferencial en bar W = 16 x 8 x 0.41 = 52,48 kg/h • Los purgadores que tienen fugas de vapor también descargan condensado y no todos quedan abiertos totalmente, por lo cual consideramos que pierden la cuarta parte del valor calculado: 52,48 : 4 = 13 kg/h Pérdidas económicas anuales: 13 kg/h x 24 h/día x 350 días/año = 109.200 kg/h = 109 Ton/año Con un coste de 12 euros/Ton. Vapor 109 Ton/año x 12 euros/Ton = 1.300 euros/año (216.000 ptas/año).
  • 72. VaInGe-r_307 72 Detección de fugas en purgadores • Por ultrasonidos  Se requiere experiencia  Puede utilizarse para detectar fugas en otros elementos y otros fluidos • Sistema Spiratec  No se requiere experiencia  Sólo utilizable en purgadores  Necesita montar una cámara delante del purgador o instalar purgadores que ya la incorporan
  • 73. VaInGe-r_307 73 Detección de fugas por ultrasonidos Purgador Sonda Indicador de ultrasonidos
  • 74. VaInGe-r_307 74 Detección de fugas con Spiratec (opciones) Purgador con cámara sensora independiente Purgador con sensor incorporado Control automático R1C Control automático R16C Indicador manual
  • 75. VaInGe-r_307 75 Recuperación del condensado • Es necesario recuperar el condensado por:  Por ahorro de energía Alimentar una caldera de 10 bar, con agua a 80 ºC en lugar de 20 ºC supone un ahorro de combustible del 9%  Por ahorro en tratamiento del agua de alimentación a caldera El condensado es agua pura si no se contamina en su recorrido. El porcentaje de ahorro será el mismo que el de recuperación de condensado  Por ahorro del coste agua.
  • 76. VaInGe-r_307 76 Dimensionado de tuberías de condensado 15 mm 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm 50 mm 65 mm 80 mm 100 mm Pérd. 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 tuberías de acero: • Las tuberías de condensado deben tener una sección que permita llevar el condensado y el revaporizado que se forme. Si van llenas de condensado se presurizan • Una forma práctica de dimensionado consiste en considerar el doble de caudal de condensado.
  • 77. VaInGe-r_307 77 Contrapresión en los purgadores • La presión en la línea de condensados (Contrapresión en los purgadores) es igual a: Presión hidrostática (altura manométrica) + Resistencia por rozamiento al paso del fluido • La capacidad de descarga de los purgadores depende de la Presión Diferencial que es: Presión entrada - Contrapresión • Cuando no hay suficiente presión diferencial, no se puede recuperar el condensado o ha de hacerse a través de una bomba.
  • 78. VaInGe-r_307 78 Bombas de condensado accionadas por vapor Flotador Resorte Entrada vapor o aire Escape Válvula retención entrada condensado Válvula retención salida condensado
  • 79. VaInGe-r_307 79 Instalación bombas accionadas por vapor Condensad o de purgadores Condensado a retorno Atmósfera Entrada condensado por gravedad Vapor Escape .
  • 80. VaInGe-r_307 80 Drenaje de intercambiadores de calor • Un elevado número de procesos utiliza la transferencia de calor del vapor a otro fluido, utilizando intercambiadores de calor • Cuando el vapor cede calor se forma condensado que se drena a través de un purgador • Suelen aparecer con frecuencia problemas de:  Temperaturas inestables  Corrosión excesiva  Ruido y daños en los equipos por golpes de ariete • La principal causa de estos problemas es el drenaje deficiente del condensado.
  • 81. VaInGe-r_307 81 Funcionamiento Intercambiador de calor (1) Temperatura salida baja Válvula control abre y aumenta P1 Si P1 > P2 y la presión diferencial es la suficiente para que el purgador drene el condensado, el intercambiador funcionará correctamente Intercambiador de calor P2 P1 Purgador Vapor Fluido a calentar
  • 82. VaInGe-r_307 82 Funcionamiento Intercambiador de calor (2) Temperatura salida aumenta Válvula control va cerrando y disminuye P1 Si P1 – P2 es insuficiente para que el purgador drene el condensado se produce “interrupción de flujo” El intercambiador se inundará y será la causa de los problemas indicados Intercambiador de calor P2 P1 Purgador Vapor Fluido a calentar
  • 83. VaInGe-r_307 83 Solución al problema de inundación • Los problemas de inundación en sistemas de intercambio de calor se resuelven con la instalación de un sistema bomba/purgador, accionado por vapor • Cuando hay presión diferencial suficiente actúa como purgador y cuando no la hay el mecanismo bomba permite la entrada de vapor, que impulsa el condensado a la tubería de retorno. Válvula de control Bomba/purgador Intercambiador Vapor Vapor Aire
  • 84. VaInGe-r_307 84 Resumen • Principios básicos del vapor (tablas, calidad, transferencia) • Barreras en la transferencia de calor (suciedad, agua, aire) • Instalaciones (cantidad vapor, presión, limpio, seco y sin aire) • Circuito típico de vapor (caldera, distribución vapor, procesos y retorno condensados) • Equipamiento caldera (funcionamiento, seguridad, eficiencia) • Control de nivel (todo / nada, modulante) • Alarmas de nivel (estándar y alta seguridad) • Tanque de alimentación (asegurar mezcla correcta) • Producción de vapor (limpio y seco, necesidad de purgar) • Sistema automático de control de sales y purga de fondo • Agua con el vapor (baja presión, valores altos de demanda, nivel y sales).
  • 85. VaInGe-r_307 85 Resumen (cont.) • Dimensionado tuberías vapor (velocidad y caída de presión) • Drenaje de tuberías de vapor (evitar golpes de ariete) • Reducción en líneas de vapor (mejor excéntricas) • Montaje de filtros en vapor (tamiz horizontal) • Conexión de las derivaciones (por la parte alta) • Drenaje de las derivaciones antes de válvulas de control • Compensación de dilataciones (liras y fuelles) • Calorifugado de tuberías (ahorro y seguridad) • Reducción de presión (calidad y posible ahorro) • Equipo reductor de presión (instalación y dimensionado) • Regulación de temperatura (calidad productos y ahorro).
  • 86. VaInGe-r_307 86 Resumen • Intercambiadores de calor (selección sistema intercambio) • Medición del caudal de vapor (eficiencia, control, costes) • Características medidores de caudal (precisión, rango) • Purgadores (termostáticos, mecánicos, termodinámicos) • Selección de purgadores (aplicación, presión, temperatura, caudal, presión diferencial) • Detección de fugas (ultrasonidos, spiratec) • Recuperación condensado (ahorro energía, tratamiento y agua) • Dimensionado de tuberías de condensado • Bombas de condensado accionadas por vapor • Intercambiadores de calor (funcionamiento y solución al problema de inundación).
  • 87. VaInGe-r_307 87 El grupo Spirax Sarco • Fundado en 1910 • Tiene su central en Cheltenham (Inglaterra) • 4.000 personas en 40 compañías de 32 países • 12 plantas de fabricación y 31 centros de formación • Filial española en S. Feliu de Llobregat (Barcelona), con oficinas en Madrid, Bilbao, Valencia y representantes en 17 zonas geográficas de todo el territorio español • Proporciona conocimientos, servicios y productos en todo el mundo para el control y uso eficiente del vapor y otros fluidos industriales.
  • 88. VaInGe-r_307 88 El grupo Spirax Sarco  Cursos de formación teórica y práctica  Centro de formación en S. Feliu (Barcelona), con área de entrenamiento (instalación de vapor) para realizar prácticas  Asesoramiento técnico  Estudios completos de instalaciones de vapor  Revisiones periódicas de purgadores  Servicio post-venta  Amplia gama de productos fabricados bajo normas ISO-9001 / ISO- 9002. Conocimientos, Servicios y Productos • Spirax Sarco ofrece:
  • 89. El vapor en la Industria FIN Gracias por su atención