147842148.206.53.84/tesiuami/UAM6857.pdf · 3.6.6 Detectores de Fugas por Ultrasonido ... mayor...

1 4 7 8 4 2

Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa

División C.B.I.

(Proyecto Terminal)

Maximino Alrnanza Oropeza ( 8 m 8 7 19) ---/

Ingeniería en Energía

Dr. Hernando Romero-Paredes Rubio (asestor)

INDICE i

1 4 7 8 4 2 INDICE ........................................................... 1

INTRODUCCION .................................................... 5

1 . GENERADORES DE VAPOR ....................................... 1-1

1.1 CLASIFICACION DE LOS GENERADORES DE VAPOR . . . . . . . . . . . . 1-1

1.2 PARTES QUE INTEGRAN UN GENERADOR DE VAPOR . . . . . . . . . . . 1-2 1.2.1 Hogar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2 1.2.2 Quemadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5 1.2.3 Precalentadores de Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.4 Economizadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8 1.2.5 Domos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9 1.2.6 Sobrecalentadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9

1.3 EFICIENCIA DE UN GENERADOR DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10

í -

2 . DISTRIBUCION DE VAPOR ...................................... 2-1

2.1 DISEÑO DE LINEAS DE DISTFLIBUCION DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . 2-1 2.1.1 Dimensionamiento de los Sistemas de Distribucion de Vapor . . . . . . . 2-1 2.1.2 Selección de la Presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1 2.1.3 Dimensionamiento de Tubería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1 2.1.4 Cálculo de la Velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-6 2.1.5 Expansión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7

2.2 ANALISIS DE LA RED DE DIS'TRIBUCION DE VAPOR . . . . . . . . . . . . 2-11 2.2.1 Trampas de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-11 2.2.2 Deterrninacion de los Caudales de Condensación y las Diferencias de

Presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13 2.2.3 Capacidad de Descarga de Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-17

3. TRAMPASDEVAPOR .......................................... 3-1

3.1 CARACTEIUSTICAS DE LAS TRAMPAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . 3-1

M . ALMANZA 1

INDICE

3.2 CLASIFICACION DE LAS TRAMPAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1 3.2.1 Grupo Termostático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3 3.2.2 Grupo Mecánico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5 3.2.3 Grupo Termodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9

3.3 FACTORES QUE ASEGURAN LA EFICIENCIA DE LAS TRAMPAS DE

3.3.1 Selección del Tamaño Adecuado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13 3.3.2 Instalación Correcta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14 3.3.3 Factores Relativos para la Selección

de Trampas de Vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14

VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13

3.4 SERVICIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-19

3.5 CARACTERISTICAS DE LAS TRAMPAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . 3-20

3.6 VERIFICACION DEL COMPORTAMIENTO DE LAS TRAMPAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-22 3.6.1 Trampas Descargando a la Atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-22 3.6.2 Mirillas de Vidrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-22 3.6.3 Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-23 3.6.4 Sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-23 3.6.5 Electrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-24 3.6.6 Detectores de Fugas por Ultrasonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-26

3.7 SOLUCION A PROBLEMAS EN TRAMPAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . 3-28 3.7.1 Trampas de Vapor Termodinámicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-28 3.7.2 Trampa Termostática de Presión Equilibrada . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-29 3.7.3 Trampa de Vapor Termostática de Expansión Líquida . . . . . . . . . . . 3-29 3.7.4 Trampa de Vapor Termostática Bimetálica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-30 3.7.5 Trampa de Vapor de Flotador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-30 3.7.6 Trampa de Cubeta Invertida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-31

3.8 RECOMENDACIONES GENERALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-32

3.9 MANTENIMIENTO DE TRAMPAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-33

4 . PERDIDAS DE CALOR DE LOS SISTEMAS DE VAPOR ................... 4-1

4.1 INTRODUCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1

4.2 PERDIDAS DE CALOR DE TUBERIAS SIN AISLAR . . . . . . . . . . . . . . . 4-2 4.3 PERDIDAS DE CALOR DE TUBERIAS AISLADAS . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5

4.3. I Materiales de Aislamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5 4.3.2 Espesor Económico del Aislamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9

2 h? . ALMANZA

I- ..P. . . . ....... -

INDICE

4.4 RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12 4.4.1 Recubrimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12 4.4.2 Instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13

4.5 PERDIDAS DE CALOR POR FUGAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13

5 . EJEMPLOS DE AHORRO DE ENERGIA ............................... 5-1

EJEMPLO DE AHORRO DE ENERGIA N O 1

5.1 ELIMINAR FUGAS DE VAPOR EN TODA LA PLANTA . . . . . . . . . . . . . . 1

EJEMPLO DE AHORRO DE ENERGIA N O 2 5.2 INSTALACION DE TRAMPAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

EJEMPLO DE AHORRO DE ENERGIA NO3 5.3 AISLAR LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE CONDENSADO . . . . 6

EJEMPLO DE AHORRO DE ENERGIA N O 4 5.4 INSTALAR AISLAMIENTO EN . LINEAS DE DISTRIBUCION

DE VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

..

M . ALMANZA 3

INDICE

M. ALMANZA 4

INTRODUCCION

INTRODUCCION - .

A través del tiempo, el hombre ha incrementado el consumo de los energéticos, con la finalidad de satisfacer sus crecientes necesidades y mejorar el ambiente en el cual se desarrolla. Al llegar la revolución industrial, los satisfactores se produjeron en serie y a pesar de disminuir el costo por cada producto, se increment6 el consumo de energía por cada uno de ellos, además de que actualmente se tiene una población estratosféricamente mayor.

Desde ese entonces se ha buscado una mayor producción, pero en la última década, se ha identificado una notable disminución en las reservas de petr6le0, aiin en los países altamente exportadores, que anuda a problemas políticos, incrementan el precio del crudo. El sector que se ve afectado directamente por esta razón es la industria. Por ello es que se han reformado a nivel mundial algunas medidas productivas. En esas medidas se considera el uso eficiente y el uso racional de la energía. Además de que ayuda a combatir el grave problema de la contaminación.

A nivel nacional, el gobierno ha empezado a coricientizar a los industriales, además de que pueden implantar medidas de ahorro con el apoyo de fideicomisos que financian la compra de equipo eficiente y que se puede pagar mediante los ahorros registrados. De esta manera el país disminuye su consumo nacional de combustibles, disminuyen los niveles de contaminación y reduce la capacidad instalada de la compañía suministradora de energía eléctrica. La medidas de financiamiento se realizan principalmente sobre aquellas que tengan una mayor rentabilidad y una tasa de retorno no mayor a 5 años.

En la actualidad se han desarrollado diversos estudios enfocados al uso eficiente de la energía en la generación de vapor y se han diseñado equipos altamente eficientes. Pero siempre se da por entendido que la cantidad de energía que se va a generar conserva las mismas coracterísticas que en el momento de utilizarla, descartando el hecho de que en la distribución del vapor se tienen pérdidas superiores al lo%, que repercute en una disminución en la eficiencia global de la planta.

En el presente estudio, se considera precisamente $1 sistema de distribución del vapor. Se mencionan además algunas opciones para obtener mayor rendimiento y disminuir las pérdidas, mostrando la importancia que tiene cada concepto.

Resulta entonces, de un mejor sistema de distribución, mayor eficiencia en el equipo usuario de vapor, menor consumo de combustible en las calderas al ingresar a ellas agua a mayor temperatura y menores gastos en el sistema de tratamiento del agua de alimentación de las calderas.

Por eso es que el presente trabajo se enfoca a la importancia que representa la selección, funcionamiento y mantenimiento que se debe realizar a las ltneas de distribución de vapor.

Para llevarlo a cabo, se realiza primero una introducción al funcionamiento y principio de operación de los generadores de vapor, posteriormente se muestran técnicas para el dimensionamiento de las líneas y los accesorios que en ella se recomiendan, ademiis del aislamiento adecuado a las temperaturas de operación. Finalmente se muestra una manera práctica para llevar a cabo un diagnóstico, mostrando el aspecto del uso eficiente y los ahorros que de ello se derivan.

M. ALMANZA 5

GENERADORES DE VAPOR

GENEXADORES DE VAPOR

M. ALMANZA

1 GENERADORES DE VAPOR.

Las expresiones generador de vapor o unidad generadora de vapor significan la caldera con 21; :Logar y todos los accesorios (como el equipo quemador del combustible, el recalentador, el economiz.tda: \I el precalentador de aire). El término caldera se aplica estrictamente a aquella parte de la unidad e,i 1.1 mil el agua se vaporiza. Al principio, un generador de vapor consistía únicamente de UM caldera, rmnbre que se le ha aplicado a todos los tipos de generadores de vapor. De los muchos disponibles mencionaremos sólo unos cuantos.

1.1 CLASIFICACION DE LOS GENERADORES DE VAPOR

Los generadores de vapor se clasifican de acuerdo a la manera de circular los gases calientes y el agua, siendo de tubos de fuego (pirotubulares) y de tubo de agua (o acuotubulares). Por la circulación general de los gases de la combustión: de circulación simple, de retorno y de doble retorno. Por la disposición del hogar: de hogar exterior y de hogar interior.

Las calderas de tubos de humo se utilizan más en instalaciones pequeñas y baratas, a veces portátiles, donde la presión del vapor es menor que 10.5 kg/cm2 y con una capacidad menor a 5,400 kgh En el caso de las calderas de tubos de agua el calor se transmite gracias a la convección de los gas@

Aunque la rapidez de transmisión del calor aumenta con la velocidad de la corriente de los gases, I 1 sería económico aumentar la velocidad de estos, ya que también se estaría desperdiciando parte del .lor en los gases calientes que salen por la chimenea.

Las paredes dek hogar están enfriadas por agua, a travk de tubos colocados verticalmente. Estos ubos se suman a la superficie absorbente de calor de la caldera, y limitan además el incremento de la temperatura del revestimiento refractario del interior del hogar, lo que hace posible elevar la imq.iisidad de la combustión y, consecuentemente, la producción de la caldera, sin perjudicar excesivar 1 'te el revestimiento.

Antes de que el agua ingrese a la caldera deberá de ser tratada, de no ser así las cantidades d c sales excesivas pueden acumularse en las paredes de los tubos, disminuir el coeficiente de transferencia de calor y producir efectos negativos, provocando corrosión en los tubos.

Una vez'que el agua haya cumplido con las características requeridas por la caldera, deberá de ingresar a ella por el colector y posteriormente por el haz de tubos, En general, el agua más fría de los tubos está rodeada por los gases más fríos y el agua más caliente de los tubos por los gases más calientes (justo sobre el hogar). El vapor se recoge naturalmente en la parte de arriba de los tres colectores superiores. El vapor casi saturado sale del colector trasero y pasa por los serpentines del recalentador. Algunas veces, los serpentines del recalentador se colocan contra una pared del hogar, semejante a los tubos de la pared de agua. El vapor recalentado pasa a través de los ductos de transmisión hasta la máquina que va a emplear este vapor.

h4. ALMANZA 1-1


1.2

Dentro de las principales partes que componen a los generadores de vapor se tienen las siguientes:

PARTES QUE INTEGRAN UN GENERADOR DE VAPOR

1.2.1 Hogar

El hogar es una cámara donde se efectúa la combustión. La cámara regula, confina la combustión de los productos y es capaz de resistir las altas temperaturas y presiones que se presentan. Sus dimensiones y geometría están adaptadas a los siguientes parámetros:

a) b) tipo de combustiicle utilizado. 4 sistema de combustión.

velocidad de generación de energía térmica,

Se obtiene así, un medio para eliminar las cenizas y lograr una combustión completa.

En hogares enfriados con agua, el calor absorbido por radiación afecta materialmente la temperatura de los gases de combustión en el interior del hogar, así como los gases que salen del mismo, lo cual contribuye directamente a la generaci6n de vapor.

Los hogares difieren en tamaño, forma, localización, espaciamiento y disposición de los quemadores, en la superficie de absorción de calor, arreglo de los arcos y elementos estructurales. La forma de la flama y su longitud afecta la geometría de la radiación, la velocidad, disipación de calor y la absorción del mismo en las superficies enfriadas por tubos de agua.

La solución analítica del fenómeno de transferencia ¿e calor en los hogares de las calderas generadoras de vapor es extremadamente compleja, es muy difícil calcular la temperatura de salida de los gases por métodos teóricos; sin embargo, la temperatura de estos gases se debe predecir en forma sumamente aproximada, ya que de ésta puede determinarse el diseño de la caldera, particularmente del sobrecalentador y recalentador. El cálculo, por tanto, debe estar basado en resultados obtenidos por la experiencia en operación y en un criterio sobre el conocimiento de los principios de transferencia de calor y de las características de los combustibles y escorias que generen.

* -

Las características del hogar en las calderas es función del tipo de combustible y de la combustión.

Tomando las características de la combustión y colocación de los quemadores, los hogares se clasifican en:

4 b)

Paralelos, con quemadores al frente y atrás (Figura 1. la). Turbulentos, con quemadores colocados en las esquinas que inyectan el combustible en forma tangencia1 cerca del centro (Figura 1. lb).

Cabe señalar que este Último produce una mezcla más intensa entre el combustible y el aire, en el cual, es más recomendable en los casos de carbones de baja calidad.

1-2 M . ALMANZA

d ) Hogar paralelo

En cuanto a la carga térmica y la temperatura en el hogar depende del combustible.

En general el hogar deberá diseñarse para cumplir con las siguientes características:

a)

b)

Tener la capacidad suficiente de aire para reducir la temperatura de los gases, a un nivel aceptable a los requerimientos de sobrecalentamiento. Contar con tubos del diámetro requerido para asegurar una mínima caida de presión, lo que reduce impendancias en la mezcla del flujo de agua-vapor y asegura una corriente sufjc uente que evite quemaduras en el tubo. Formas'y- dimensicnes adecuadas para asegurar que los gases llenen el hogar, y prop )rí ;(*ne una combustión óptima.

c)

La relación entre el calor que se absorbe y el calor liberado en el hogar se muestra en la Figura 1 .&. Esta relación varía de acuerdo a los factores siguientes:

a> Características del combustible b) Cantidad de aire d Colocación de los quemadores. d) Limpieza en los ductos. e) Inclinación de quemadores.

Debido a que juega un papel importante el tipo de combustible utilizado, es necesario dar &';unas características que deben de satisfacer los hogares de acuerdo al tipo de combustible empleado.

Para el caso de los combustibles sólidos, el hogar puede ser alimentado en forma manual o mecfini -,mente o con quemadores de calor pulverizado. Debido a la necesidad de tener un mejor control de la teriyeratura y características de operación de los equipos más constantes (en donde se trata de disminuir las incrustaciones y la emisión de contaminantes producidas por el uso de carbón bituminoso).

-= - M. ALMANZA 1-3


* -

..

I -1 1

k O O O O CD cv 7

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3 3 r

Figura 1.2 Relación entre el calor absorbido y el calor liberado en el hogar

1-4 M. ALMANZA


En los combustibles líquidos los quemadores de alta presión comprenden todos los que utilizan aire o vapor de agua atomizantes a presiones superiores a 4.2 bar, y son más comunes en tamaño de gran capacidad. Con presión de 4.2 bar, 90% del a.ire necesario para la combustión es inducido de la atmósfera. Para los quemadores de presión intermedia se utiliza aire atomizante a la presión de 0.7 a 1.4 bar, entre 30 y 40% del aire necesario para la combustión es suministrado mecánicamente y el resto es inducido.

Para efectuar la combustión de cualquier combustible, se necesita suministrar la cantidad necesaria de aire, por eso, deben existir medios para poner en contacto el combustible con una corriente de aire, cuya cantidad puede ser debidamente controlada, mediante el cierre o abertura del orificio de entrada. El aire penetra de manera forzada por una diferencia de presión, que se proporciona por el tiro de una chimenea, por un inyector de aire colocado delante de la puerta, o bien, un aspirador de aire mecánico o de vapor colocado a la salida del hogar.

El aire entra por la parte inferior del hogar. Al entrar debe ponerse desde luego en contacto con el combustible, para que al verificarse las reacciones correspondientes se desprenda el calor de la combustión a elevadas temperaturas. Estas reacciones químicas se llevan a cabo en una zona llamada cámara de combustión.

Cuando se quema combustible sólido, en el hogar pueden depositarse los trozos de él.

Con los combustibles gaseosos lo quemadores para gases refinados en los sistemas con dos tubos comprende, quemador con chorro de aire (con ajuste abierto o cerrado), toberas mezcladoras, llama luminosa, aire en exceso, deflector y quemadores de tubo radiante (todo para gas y aire a baja presión). En los sistemas de mezcla previa el aire y el gas son mezclados en un ventilador y alimentados a travh de un solo tubo. Para los mezcladores de baja presión el aire y el gas se alimentan a presión automáticamente, la mezcla quv resulta se lleva a los quemadores de túnel, de copa radiante, con deflector, de tubo radiante, de cinta o quemadores revestidos.

1.2.2 Quemadores

El propósito de un quemador es mezclar y dirigir el flujo de aire-combustible de tal maneia que se asegure el encendido rápido y una combustión completa. En los quemadores de carbón pulves izado, una parte del aire (aire primario) se mezcla inicialmente con el combustible, como medio de transporte, el restanto (aire secundario) se introduce a los quemadores fuera de las lumbreras del aire primario.

Los quemadores de tipo circular (Figura 1.3) puede usarse para quemar carbón, petróleo o aceite. Estos se construyen con capacidades tan altas como 41,600 kcalh para el carbón, y aún mayores para el combustóleo y gas.

Cuando se quema combust6le0, este puede atomizarse por medio de la presión del combustible o con gas comprimido (por lo general vapor o aire). Los atomizadores que utilizan la presión del combustible generalmente son del tipo mecánico, de flujo único y de flujo de retorno. El tipo de flujo único usa una presión en el combustóleo de 20.6 a 41.2 bar, a mrlximo flujo; se limita a un intervalo de operación de


~ ~~~

Figura 1.3 Quemador tipo circular para carbón pulverizauo, combustóleo

o gas

aproximadamente 2 a 1. El atomizador de flujo de retorno se utiliza con una presión del combustóleo de hasta 68.2 bar, y tiene un intervalo de operación 10 a 1 bajo condiciones favorables. Los atomizadores de vapor y aire: proporcionan un intervalo de operación de aproximadamente de 10 a 1, pero con una presión del combustóleo relativamente baja (20.6 bar). El consumo de vapor requerido para una buena atomización por lo común es menor del 1% del generado en la caldera.

El gas natural y los gases de procesos siempre que sean suficientemente limpios y tengan un valor calorífico mayor de 4.45 Mcal/m3 se pueden quemar por admisión a través de un anillo perforado, con perforaciones radiales o a través de un elemento de combustible del tipo de fuego central, este último puede quitarse para limpieza y, como consecuencia, las restricciones son menos severas para este tipo de quemador.

Cuando se usan quemadores de encendido por los rincones, el mezclador del combustible y aire se lleva a cabo en el hogar. En estos también puede quemarse combustóleo y gas natural. Las puntas de los quemadores pueden inclinarse para controlar la temperatura del vapor.

1.2.3 Precalentadores de Aire

La función de los precalentadores de aire, y economizadores, es eliminar el calor de los gases de combustión ya que tienen una temperatura relativamente alta. La temperatura, de los gases de combustión,

1-6 M. ALMANZA

GENERADORES DE ~ A J j}: ,-_L. .. r

es mayor que la del agua en la entrada del economizador, y por lo tanto, se logra reduc 6 iIPG ' 2

temperatura de estos gases antes de que se descarguen en la chimenea.

El calor que se elimina de los gases de combustión se recircula directamente al hogar junl :on el attl de combustión, es decir, la energía térmica que se está desprendiendo de la combustión, st wierte I 1 1

energía disponible en la unidad de generación de vapor, con lo cual resulta una ganancia i*~i J -izcierl :!

térmica. El uso de precalentadores de aire de combustión acelera el proceso de encendido y pronl :ve IW,P

combustión rápida y completa del mismo. Los calentadores de aire se clasifican generalmente del tipo recuperativo y regenerativo. Fn ambob ,e utiliza un sistema de transferencia de calor por convección, de los gases de combustión al q t i 2 nl , a t 1 a superficie sólida y de ésta hacia la masa de aire.

En lo que se refiere a las aplicaciones de aire de tipo recuperativo, se tiene como ejenipil? rlyiir ios intercambiadores de calor tubulares o de placas, las partes metálicas estacionarias forman una barrera de separación entre los fluidos caliente y frío, por lo que el calor se transfiere por conducción a través de la pared metálica.

Existen dos tipos de precalentadores de aire de tipo recuperativo de uso común (Figura 1.4). En w de ellos los elementos útiles en la transferencia de calor se mueven alternamente a través de {,is cor'r a<. ntes de gas y aire, sujetándose a ciclos de calentamiento y enfriamiento, permite así que la traii\ferericid de energía se efectúe gracias a la capacidad calorífica en los elementos. El otro tipo de precaleritador de aire de tipo regenerativo, tiene elementos estacionarios y el flujo alterno de gas y aire se controla pol medio de conexiones de entrada y salida a través de válvulas.

Los precalentadores de aire de tipo regenerativo o recuperativo pueden instalarse ya s.'.t s v t ".ticdl u horizontalmente y con arreglos de flujo ya sea en paralelo o a contracorriente, tanto para lai : t i I :entes de gas de combustión como para las de aire.

Los gases pasan a través de los tubos en los intercambiadores de calor para facilitar su limpic., I J Srior, aunque en algunos diseños, particularmente para instalaciones de tipo marino, el aire fluye por J # q erior de los tubos.

Para mejorar la transferencia de calor, se debe operar con un sistema de flujo a contracorriente 1 [tilizar pequeños canales para los flujos. Los calentadores de aire del tipo regenerativo se adaptan fácii iente a estos dos principios y, por lo tanto, ofrecen una gran capacidad en un espacio relativamente pqueño; sin embargo, estos tiene las desventajas de fugas de aire hacia la corriente de gases y transprti (le ceniza hacia el sistema de aire para combustión. Los precalentadores del aire tipo recuperativos tubiil;rfes no tienen este problema.

Los gases, que se generan a partir de la combustión, contienen un porcentaje de vapor de agii;', , I( puede condensarse, cuando en los precalentadores de aire la temperatura es inferior a la temperattir 1 dt: rocío (el agua puede condensarse en las superficies metálicas y producir corrosión en ellas).

M . , ALMANZA 1-7

GENERADORES DE VAPOR ---

Figura 1.4 Calentador de aire de regenerador rotativo doble

t

1.2.4 Economizadores

Los economizadores cubren la misma función que los calentadores de agua (de recibir el agua de las bombas de alimentación y descargarla a una temperatura mayor en el generador de vapor) estos se usan en lugar de incrementar la superficie generadora de vapor dentro de la caldera, ya que el agua recibe calor al estar a una temperatura menor que la de saturación, los gases pueden enfriarse aún más, para lograr mayor recuperación de calor y aumentar la eficiencia.

Pueden diseñarse para operar con flujo forzado, en un sistema de un solo paso para transferencia de calor por convección, debido a esto se utilizan generalmente tubos de acero, los cuales se les hace llegar el agua de alimentación a una presión superior de la cual opera la sección generadora de vapor, y una velocidad correspondiente a la capacidad de producción de la caldera.

Existen dos tipos de economizadores, horizontales y verticales. De acuerdo con el arreglo geométrico de sus tubos: son de flujo longitudinal o cruzado, según la dirección del gas con respecto a los tubos; de flujo paralelo o a contracorriente, con respecto a la dirección relativa del gas y el agua, como generadores y no generadores de vapor, según el funcionamiento térmico. El arreglo de los tubos en el interior del economizador puede ser escalonado; este arreglo afecta las características del flujo de los gases de

1-8 M . ALMANZA

GENERADORES DE V 1'- IR - combustión a través del banco, por ejemplo la caída de presión, la transferencia de calor y la fi j< I : ' d de limpieza.

Las dimensiones del economizador dependen de las consideraciones económicas, el costo del combiisirt~lci, del funcionamiento térmico comparativo de otros equipos generadores de vapor, la tempadturii lie alimentación y de la deseada a la salida de los gases de combustión. En muchos casos es m&s e~firibni c o usar tanto economizador como equipo para precalentar el aire.

1.2.5 Domos

El domo es una parte importante en la trayectoria del fluido de trabajo dentro de la caldera de circulación natural, veamos algunas de las funciones que determinan el tamaño del diseño.

a) b) c)

Proveer un volumen de agua adecuado para proteger la caldera en casos de emergencias. Distribuir adecuadamente los dispositivos internos para realizar sus múltiples funciones. Proporcionar espacio suficiente para acoplar la llegada de los tubos evaporadores, la salida de los tubos del sobrecalentador y de tubos descendentes.

Para protección de la caldera,durante su operación, debe existir una corriente de fluido que enfríe las paredes del hogar y sobrecalentador, para evitar que se quemen los tubos; el nivel normal de operación es de f 10 cm. del centro del domo, este debe tener una reserva de agua para suministrar de 30 a 30 segundos. y los tubos descendentes están obligados a proporcionar esta diferencia.

1.2.6 Sobrecalentadores

La adición de calor al vapor ~ s p u é s de la evaporación o cambio de estado es acompañada por un aumento de temperatura y entalpfa del fluido. El calor se agrega al vapor mediante unos componentes de la caldera llamados sobrecalentadores y recalentadores, los cuales, se componen de elementos tubulares expuestos a los productos gaseosos con alta temperatura por la combustión.

Las ventajas del sobrecalentamiento y recalentamiento en la generación de potencia son resultado de la ganancia termodinámica en el ciclo Rankine, de la reducción de las pérdidas de calor, debidas a la humedad en las etapas de baja presión en la turbin.a. Con presiones y temperaturas mayores, se dispone de mas energía útil, pero los avances hacia temperaturas altas del vapor, son limitadas en algunos casos por la resistencia de los materiales que las soportan.

Los sobrecalentadores se instalan como una parte integral de la unidad generadora de vapor y se clasifican en dos grupos: radiantes y de convección.

Los de tipo radiante, por lo común se disponen para exposición directa a los gases del hogar y, en algunos diseños, forman parte de la cubierta de este. En otros, se tienen en forma de espiras tubulares o planchas,

M. ALMANZA 1-9


con amplio espacio lateral extendiéndose hacia el hogar. Tal superficie se expone a los gases a altas temperaturas que emanan del hogar, debido a que el flujo es relativamente bajo, la transferencia de calor es principalmente por radiación.

Los sobrecalentadores del tipo de convección se instalan mas allá de la salida del hogar, donde las temperaturas son menores que en las zonas donde se usan los de tipo radiante. Comúnmente, los tubos se disponen en forma de elementos paralelos, con poco espacio lateral y, en bancos de tubos que se extienden parcial o completamente a través del ancho de la corriente de gas de combustión, este fluye por los espacios entre los tubos, los cuales son relativamente angostos. Se obtienen gastos elevados de gases de combustión y, en consecuencia, velocidades altas de transferencia de calor por el mecanismo de convección a expensas de la caída de presión de los gases de combstión debido al banco de tubos.

1.3 EFICIENCIA DE UN GENERADOR DE VAPOR

rl= El calor total transferido al agua El calor generado por el combustible

En la potencia del generador de vapor influyen los siguientes factores:

a) El número de caballos de caldera', que pueden ser transmitidos por cada metro cuadrado de superficie de transmisión de calor.

- b)

c>

La masa de vapor generado por unidad de masa del combustible quemado.

Las condiciones del vapor que genera la caldera junto con la temperatura de los gases que expulsa la chimenea, ocasiona pérdidas directas y el contenido de CO, de estos gases.

\ .

Caballo de caldera es la capacidad de una caldera de producir 15.69 kg vapor saturado al 100% de su capacidad nominal en una hora, a la temperatura de 100°C y presión de una atmósfera estándar. Para los términos prácticos, un caballo caldera equivale a la transmisión de calor equivalente a 9,082 Kcal/hm2.

DISTRIBUCION DE VAPOR

CAPITULO 2

? '


M. ALMANZA

DISTRIBUCION Uk; ~ P V R * L

2.1 DISEÑO DE LINEAS DE DISTRIBUCION DE VAPOR . ".

2.1.1 Dimensionamiento de los Sistemas de Distribucion de Vapor

Esta sección provee guías para dimensionar tuberfas y otros aspectos referentes al diseño de ; S ~ S M K I ~ L de distribución de vapor. Un sistema mal diseñado, no es probable que sea eficiente y pede CIIIEX problemas de ganancias, justo con la cantidad de vapor suministrado a los equipos, además de que disminuyen la eficiencia de los sistemas de vapor.

Existen métodos para el dimensionamiento de la tuberfa, motivo principal del presente capicdo y que en . secciones subsecuentes mencionaremos.

2.1.2 Selección de la Presión

La presión de un sistema de vapor depende de los requerimientos de temperatura en el proceso. El vapor de baja presión tiene un calor latente más alto por unidad de masa que el vapor de alta presión. Por lo tanto, es un mejor conductor de calor, sin embargo, el vapor de baja presión, también ocupa un volumen grande y requiere diámetros de tuberfas grandes para su distribución. La presión de un sistema debe ser seleccionada en base a los resultados de todos los factores involucrados.

2.1.3 Dimensionamiento de Tubería

El dimensionmiento de las tuberfas de distribución de vapor, está claramente ligada a la pi ~MW del sistema. A pesar de que es necesario diseñar un sistema con cargas futuras desconocidas, el sobr?iuiseño extremo debe ser cuidado por las siguientes razones:

a La tubería sobrediseñada es más costosa y el costo del aislamiento, soportes y acce,, 1.i

tomarse en cuenta. debe

a La tubería sobrediseñada tiene pérdidas de calor más altas (se requiere mayor C ~ I I i J de aislamiento), debido a que el área superficial es más grande por metro recorrido, ob. : I liando también que la condensación de vapor sea mayor y se requiera un sistema de re? !io de condensado más grande. El problema de dimensionar la tuberfa para una capacidad nic nor es obvio. Las líneas son incapaces para suministrar vapor a la capacidad requerida y el vapor I iende a reducir la presión, llegando a los usuarios a una menor presión, lo que ocasiona una r<-<' icción en la capacidad de los calentadores del proceso de la planta, al mismo tiempo, la alta idad puede causar problemas debido a la erosión e incrementa la posibilidad de un golpe \ii ete.

Hay dos métodos para dimensionar las tuberías, ambos tienen un factor desconocido que .,¿be ser supuesto. Estos métodos son:

O Dimensionamiento de la tubería basado en la velocidad del vapor.

M. ALMANZA 2- 1


O Dimensionamiento de la tubería basado en el calor de la presión.

Si se supone una velocidad, los cálculos estarán basados sobre el volumen específico de el vapor que se conduce a través del área transversal de la tubería. Experiencias prácticas muestran que velocidades razonables para vapor seco saturado son de 25 a 35 mís. Este valor debe ser considerado como máximo, arriba de él, el ruido y la erosión tendrán lugar, particularmente si el vapor es húmedo.

La capacidad para conducir vapor en las tuberías, a diferentes velocidades se muestran en la Tabla A. 1, la cual puede ser usada para dimensionar las tuberías en base a las velocidades indicadas. Sin embargo, la caída de presión resultante puede ser alta, razón por la que las tuberías de longitudes mayores, deben ser calculadas en base a una velocidad no mayor de 15 m/s.

Este método es fácil y conveniente, pero no garantiza la presión deseada en el punto donde se requiera. Cuando la presión (y por lo tanto la temperatura) son importantes o donde las distancias son grandes, es mejor dimensionar la tubería en base a la caída de presión. Habiendo definido la presión final requerida, el tamaño de la tubería es calculado usando la siguiente fórmula:

En donde:

fpl = Factor basado en la presión inicial.

fez =

L =

Factor basado en la presión final.

Es la longitud que recorre la tubería, incluyendo una longitud equivalente por accesorios, válvulas, etc.

i -

F = Es el factor de caída de presión.

Los factores fpI y f, pueden ser determinados de la Tabla A2 y la Tabla A3 donde se muestra como el factor de caída de presión calculado, puede ser usado para determinar la capacidad de varias dimensiones o tuberías, estas mismas tablas, suministran información de la velocidad, para que esta sea también checada.

Ejemplos de cálculo se muestran a continuación.

EJEMPLO 2.1

1. Estimar la velocidad y la capacidad de vapor que puede transportarse una tubería de 63.5 mm de diámetro (2.5 pulgadas) Ced.40. La presión inicial de operación es de 7.14 kg/cm2 y en el punto donde el vapor será utilizado se tiene una presión de 6.53 kg/cm2 (man). La tubería tiene una longitud de 263 m (se incluye la longitud equivalente por accesorios y válvulas).

2-2 M . ALMANZA

DISTRIBL~CION DE VAPOR

Solución:

Primero se harán las conversiones de la presión, debido a que las Tablas Al , A2 y A3 se encuentran en bar.

Presión inicial = 7.14 kg/cm2/1.02 kg/cm2/bar = 7 bar (man)

Presión final = 6.53 kgkmW.02 kg/cm2/bar = 6.4 bar(man)

De la Tabla A2 se tendrá:

Para una presión inicial de 7 bar (man) el factor de presión fp, = 56.38

Para una presión final de 6.4 bar (man) el factor de presión fp2 = 48.48

Sustituyendo valores de la ecuación (2.1)

F = (56.38 - 48.48) = 0.03 263

Con el factor de cafda de presión (F) y el diámetro de la tuberfa, se entra a la Tabla A3 y se obtienen los siguientes valores:

Y = Factor de velocidad = 80.64 m/s a un volumen de 1 mVkg

X = Capacidad de vapor = 919.4 kg de vaporh

Como el factor de velocidad es determinado para un volumen específico de 1 m3/kg, puede ser corregido para las condiciones de operación, mediante la siguiente ecuación:

Y = u v , v,

En donde:

Y = Factor de velocidad

u = Velocidad del vapor en m/s

V, = Volumen específico a las condiciones iniciales en m3/kg

V, = Volumen específico de 1 m3/kg

Despejando la velocidad de la ecuación (2.2) se tendrá:

M . ALMANZA 2-3


f \

Longítud de tubería = .150 m

. t - ’ .

u = YV, v,

El volumen específico a 7.14 kg/cm3 (man) (7 bar (man)) es de 0.244 m3/kg. Por lo que al substituir valores en la ecuación (2.3) se tendrá:

u = 80.64 x 0.244 = 19.7 m/s 1

EJEMPLO 2.2

Una caldera genera vapor a 7.14 kg/cm2 (man) para entregar 270 kg/h a una batería de calentadores, tal como se muestra en la Figura 2.1. El vapor es conducido, desde la caldera hasta la batería, por una tubería de 150 m de longitud y se permite una caída de presión total de 0.4 kg/cm2. Estimar el diámetro de la tubería.

f .. - - . Caldera 285 k g h

a 7.14 kgJcrn2

(mad Bateria de calentadores

270 k g h de vapor a 6.13 I

Figura 2.1 Diagrama esquemático del ejemplo 2.2

2-4 M . ALMANZA

~~

Solución:

Primeramente se harán conversiones de presión para poder utilizar las Tablas Al, A2 y A2 I : I i3 I , :

Presión de salida caldera = 7.14 kg/cm2/l.02 kg/cm2/bar = 7 bar(man).

Presión de llegada a batería = 6.73 kg/cm2/1 .O2 kg/cm2/bar = 6.6 bar (man).

De la Tabla A2 se tendrá:

Para una presión inicial de 7 bar (man) el factor de presión fp, es 56.38

Para una presión final de 6.6 bar (man) el factor de presión f, es 51.05

La longitud total de la línea es de 150 m, pero se debe considerar una longitud que sea equivnlv resistencia presentada por los accesorios y válvulas. La proporción para accesorios y válvupri sería de 10% con lo que se tendría:

la tida 1

Longitud total equivalente = longitud de tubería + longitud equivalente de accesoriti

= 150 + (150 x 0.1) = 165 m

Sustituyendo valores en la ecuación (2.1) se tendrá:

F = 56.38 - 51.05 = 0.0323 v . 165

Entrando a la Tabla A3 se observa que el valor del factor de caída de presión calculado, st ... entre los valores 0.03 y 0.04. En este caso se selecciona el valor más bajo, a fin de no diid tubería con un valor límite máximo. En consecuencia se tomará para la estimación del diánitL de 0.03.

mtra , a la

1 valor

Debe notarse que se podrían interpolar los datos de la Tabla A3 con exactitud razonable, sin embargo, los datos de la tabla no se comportan como una línea recta y la interpolación no puede ser absolutamente correcta.

Con el valor del factor de caída de presión de 0.0.3 y con las capacidades de vapor or), mostradas a la derecha de la Tabla A3, se puede concluir que: una tubería de 38 mm (1.5 pulgadas) puede transportar únicamente 229.9 kg/h de vapor, mientras que una tubería de 50.8 mm (2 pulg) puede tranipc 1 , tar 501 kg/h de vapor. Por lo que resulta obvio que la tubería debe ser de 2 pulgadas de diámetro.

M. ALMANZA 2-5


2.1.4 Cálculo de la Velocidad

En la Figura 2.1, se puede observar que la caldera produce 285 kg/h, los cuales pueden pasar por la tubería de 2 pulgadas. En consecuencia, el factor de velocidad se determina en la Tabla A6, localizando en la línea correspondiente a 2 pulgadas y la capacidad de la caldera, obteniéndose por interpolación, un valor aproximado de 40.

El vapor a 7 bar (man) tiene un volumen específico de 0.240 mVkg de acuerdo con la Tabla A5.

Sustituyendo valores en la ecuación (2.3) se tendrá:

u = 40 x 0.240 = 9.6 m/s 1

Puede pensarse que esta velocidad es baja en comparación con las velocidades máximas permitidas, pero debe recordarse que la tubería ha sido dimensionada para una caída de presión límite y que con las velocidades máximas permitidas, usualmente se tiene mayor caída de presión.

A continuación se ve que resultado hubiera sido obtenido si el diámetro se hubiera calculado, considerando una velocidad de 21 m/s.

Para una velocidad de 2 1 m/s y con un volumen especifico de 0.24 mVkg correspondiente a una presión de 7 bar, se tendrá, aplicando la ecuación (2.2)

Y = 21 x 1 = 87.5 0.24 i -

Entrando a la Tabla A3, se busca un diámetro en donde la capacidad de 285 kg/h de vapor, pueda ser manejada con un factor de velocidad de 87.5, resultando que este diámetro es de 38.1 mm (1.5 pig.) con un factor de velocidad de 0.08 (leído en la primera columna de la izquierda en la misma gráfica).

La presión que resultaría a la entrada de la batería de calentadores, si se utilizara una tubería de 1.5 pulg sería:

De la ecuación (2.1)

fp2 = fp, - (F x L)

Substituyendo valores

f, = 56.38 - 0.08 x 165 = 43.18

Localizando este valor en la Tabla A5, se observa que la presión correspondiente sería de 6 bar. Valor que es más ba-jo que el requerido por el diseño.

2-6 M. ALMANZA


2.1.5 Expansión

Temperatura de Operación ("C)

66

93

121

Un problema particular con las tuberías de vapor, surge con la expansión de las tuberías al iniciar operaciones. El problema se ilustra en la Tabla 2.1 en la que se muestra la expansión de las tuberfas de acero a diferentes temperaturas de operación, cuando se instalan a 16°C. En cualquier planta, donde hay grandes recorridos de tubería recta, deben hacerse previsiones para evitar :a expansión.

Expansión por cada 60 m (-)

19

29

41

-

Tabla 2.1. Expansión de la Tubería Caliente con la Temperatura

204

23 2

14

84

149 50 II

260

177 61 II

97

Es común usar juntas de expansión en conjunto con puntos de anclaje fijos. Algunas juntas se indican a continuación:

a Risos (LOOPS) completos El riso (LOOP) debe ser conectado en posición horizontal, con el lado de la corriente de salida pasando abajo de la corriente de entrada. Como se muestra en la Figura 2.2.

a Riso (LOOP) de herradura Este sistema es instalado en posición horizontal como se muestra en la Figura 2.3.

a Junta deslizable

a Fuelles

Esta junta es algunas veces usada por ocupar un pequeño espacio, pero la tubería debe ser guiada y anclada rígidamente. Tiene el inconveniente que un desalineamiento puede causar que la tubería se doble, además de requerir que se de mantenimiento a los empaques en forma periódica. Una junta de este tipo se muestra en la Figura 2.4.

También ocupan un pequeño espacio, los fuelles tienen la ventaja de no utilizar empaques, pero de la misma forma que la junta

M. ALMANZA 2-7


deslizable, la tubería tiene que ser guiada y fuertemente anclada. La Figura 2.5. representa una junta de expansión de este tipo.

I

Figura 2.2. Junta de expansión de riso(1oop) completo

t -

Figura 2.3 Junta de expansión del tipo de herradura

Hay varios caminos para estimar la cantidad de vapor perdido a través de las fugas de vapor. La Figura 2.6 es una gráfica típica que permite estimar en forma aproximada las pérdidas que se tienen y poder cuantificarlas en términos económicos. Cuando las pérdidas son grandes, puede justificarse el paro de un sistema para su reparación inmediata, en vez de esperar un paro por mantenimiento programado meses posteriores.

2-8 M. ALMANZA


Figura 2.4. Junta de expansión del tipo deslizable

Figura 2.5. Junta de expansión del tipo fuelle

2-9 M. ALMANZA


2 4 6 8 10 14

Figura 2.6. Perdidas de vapor a través de fugas u orificios venteados a la

atmósfera

2-10 M. ALMANZA

DISTFUBUCION DE VAPOR

2.2

El análisis es necesario realizarlo mediante varias etapas:

ANALISIS DE LA RED DE DISTRIBUCION DE VAPOR . _

a Considerando que el fluido es vapor, se identifica el tipo y diámetro de tubería que se está empleando, para la cual se realiza en función de la presión del vapor. Es decir, st: checa que el diámetro de la tubería sea el adecuado.

a Mediante un diagrama de las líneas de distribución se identifican previamente la ubicación de los diferentes accesorios con los que cuenta dicha línea. A ellos posteriormente se les realiza un seguimiento, con la finalidad de encontrar las posibles averías al sistema de aislamiento, fugas y accesorios en malas condiciones. . .

a Para el seguimiento se puede ir llenando un formato en el cual se mencionan las observaciones realizadas. Dicho formato debe contener ai menos las características que se muestran en la Figura 2.7. Esto es para llevar un registro de las modificaciones que se le realicen a los accesorios, además de que puedan servir para detectar o prevenir fallas en toda la red de distribiición y contar, de manera anticipada, con las refacciones que se requieren con mayor frecuencia.

a Uno de los accesorios que tiene gran importancia son los purgadores de vapor, que dicha importancia radica en contar con vapor de mayor calidad, libre de gases incondensables, que el condensado que se forma se recupera y con menores perdidas de energía al permitir im1 mejor transferencia de calor en las máquinas de vapor.

Por lo anterior ahora se enfoca el estudio a los purgadores de vapor, que también son conocidos como trampas de vapor.

2.2.1 Trampas de vapor.

Una trampa de vapor es una válvula automática que permite eliminar el condensado, aire y otros gases no condensables de las tuberías principales de vapor y equipos que trabajan con vapor, impidiendo al mismo tiempo la pérdida de calor en el sistema de. distribución o en el equipo.

En todo equipo calentado por medio de vapor, se tropieza con el problema de las condensaciones, así como con el aire arrastrado por el vapor u otros gases que no condensan y frecuentemente se forman en la caldera; tal es el caso del CO,. Estas condiciones deben de ser atendidas por que de no ser así producen desperfectos en el funcionamiento del equipo.

El vapor, el aire y los gases que se acumulan en el equipo forman una especie de película aislante que reduce su rendimiento ocasionando mayores gastos energéticos, por ser mayor el consumo de combustible. Una película de condensado aisla tan efectivamente como una capa de asbesto, y una capa de gases incondensables es similar a la de un corcho granidado, además de reducir el contenido tSrmico de la mezcla afectando directamente la temperatura. Por ejemplo se tiene que para el vapor a una presicin de

M. ALMANZA 2-1 I


Figura 2.7 Formato para las mediciones en la red de vapor

35 kg/cm* reduce la temperatura desde 148°C hasta 139°C cuando el contenido de dichos gases es del 20 %

Otro de los problemas que son frecuentes y van asociados con el condensado en las tuberías es el golpe de ariete Este puede dañar las válvulas, las empaquetaduras y las mismas tuberías. Se puede resolver mediante la correcta selección del tipo de trampa de vapor y las dimensiones adecuadas para su operación.

Por todo lo anterior el principal problema son el vapor condensado, el aire y los gases incondensables. Para algunos simplemente se podría solucionar con el empleo de una válvula de purga, la cual es el sistema de eliminación de condensados más primitiva, pero éste método resulta inadecuado por que se requiere de una persona sumamente hábil y rápido, además de que los salarios deben de ser bajos como para poder mantener una persona en cada válvula de purga.

M . ALMANZA 2-12

El método más eficiente, seguro y de mayor uso es por medio de la trampa de vapor que 'fw 7 1 I:,A ,I ngua y los gases incondensables automáticamente, sin dejar que se escape el vapor. El uso f,t br,>.inpa tic vapor, como ya lo dijimos, producirá un aumento en el rendimiento, mejor calidad y I V ~

Además el equipo calentado por vapor se calienta con mayor rapidezy eficiencia. P " a condiciones es necesario que las trampas descarguen todo el aire y vapor rápidamentr < & i r

eficiencia de producción, mejora la calidad del producto y reduce los costos de produl 1 1 I

Antes de proceder a identificar los diferentes tipos de trampas de vapor, se procederá a :' L 1 \ <I1 ga de condensado que se forma en la línea de vapor de acuerdo a las características que y 8

2.2.2 Determinacion de los Caudales de Condensacion y las Diferencias de Presiorr

Para calcular el caudal máximo que pasará por un purgador de vapor, se precisa la siguiente iritormacicín:

a> Velocidad máxima de formación de condensado, en condiciones de equilibrio térrniri I

b) Cantidad de condensado que se forma al establecerse el gradiente térmico a través del decir, durante el período de calentamiento.

yo, es

c) Si la naturaleza de la instalación lo exige o no, que el purgador cubra las necesidades ,i, neriodo de calentamiento; en caso afirmativo, el caudal máximo se establece a partir de R).

Todos estos puntos se tratan en la presente sección, que incluye también, las fórmulas M:, k l ~ ( : se puede obtener la información necesaria. Aunque el caudal máximo debe estimarse cor 1 2 ~ J W ic:i6n razonable, no es-necesario calcularlo con exactitud, siempre y cuando no se obtenga un I v,ibbt(~(: !)ajo.

A. Evaluacion del Caudal de Condensacion, en Condiciones de Equilibrio Tériiiic* I

El condensado se forma a partir de la pérdida de calor latente del vapor hacia la atmósie!.r la pared de los tubos. Como por lo regular las paredes de las líneas se encuentran aislada 8 J

siguientes se han simplificado suponiendo la presencia de un aislante.

1 7 2s de mulas

i) Para el caso de la tubería de diámetro menor a 24 pulgadas (61 cm), pero con 1,i t d ~ ~ ~ r a a l a intemperie, la velocidad de formación del condensado es la siguiente:

ii) Pero para en caso de tuberías bajo techo lai velocidad de formación del Condensado i'

~ ~- ~

M. ALMANZA 2-13


iii) El caso de tuberfas ,cuyo diámetro es mayor a 24 pulgadas, inclusive para el caso de recipientes cilindricos, se considera la siguiente fórmula:

donde:

w = w,= T, = T, = D = d = e =

B

Velocidad de formación de condensado por metro de tubo (kgh-m) Velocidad de formación de condensado por unidad de area (kg/h.mZ) Temperatura del vapor saturado ("C) Temperatura ambiente mínima ("C) Diámetro exterior del revestimiento aislante (mm) Diámetro exterior del tubo o recipiente (mm) Espesor del revestimiento aislante (mm)

Evalurtcion de la Velocidad de Formacion de Condensado Durante el Período de Calentamiento del Equipo

La cantidad de vapor que se condensa durante el calentamiento del equipo, hasta llegar a la condición de equilibrio puede calcularse mediante las siguientes fórmulas:

i) Para una pared metálica en contacto con el vapor por una cara , pero no en contacto con la sustancia fría por la otra, por ejemplo, tuberías de vapor y el cuerpo de los intercambiadores de calor cuando el vapor pasa por fuera de los tubos:

ii) Para el caso de una pared metálica que se encuentra en contacto con el vapor y además está cubierta por un aislante, se rige de acuerdo a la siguiente ecuación:

donde:

2-14 M. ALMANZA

DISTRlBUClON DE VAPOR --

Peso del condensado formado durante el calentamiento (kg). Peso del metal (kg). Temperatura del vapor ("C) Temperatura ambiente mínima ("C) Peso del aislante (kg). Calor específico del metal. Calor específico del revestimiento aislante. Calor latente del vapor (kcal/kg). ..

C Deterrninacion del Caudal de Condensado

Una vez calculada la cantidad de condensado que se forma durante el período de calentamiento es necesario decidir la velocidad de descarga por medio del purgado.

Con un purgador calculado para cubrir las necesidades de la condensación normal, el condensado formado durante el período de calentamiento, quedaría retenido indefinidamente.

El caudal máximo de condensado, en un purgador capaz de cubrir las necesidades del calentamiento, se obtiene de la siguiente manera:

Cuando la formación normal de condensado que se produce en condiciones de equilibrio térmico, ocurre también en el período de

t -

w, = Ir, 4- - wh 'h calentamiento.

Cuando la condensación normal, en condiciones de equilibrio térmico, no se produce durante el calentamiento, por ejemplo, en las tuberías. w, = - wh

Th

Donde: W, = Caudal máximo de condensado (kg/h) W, = Caudal normal de condensado (kg/h) W, = Peso del condensado formado durante el calentamiento (kg). T, = Tiempo en horas durante el cual se quiere descargar W, (kg de condensado).

~~~~~

M. ALMANZA 2-15

DISTRLBUCION DE VAPOR

El tiempo (Td en el que debe descargarse el condensado formado durante el calentamiento, depende del equipo que se esté purgando. Pueden tomarse los siguientes valores:

a)

b)

c)

Hay que alcanzar la máxima transmisión de calor, a la mayor brevedad posible (por ejemplo, un proceso discontinuo). Se toma 0.25 horas como valor de T,. La velocidad de descarga del condensado no es esencial, por ejemplo, un proceso continuo con calentamientos poco frecuentes. Se toma un valor de dos horas para T,. Hay posibilidad de averías debidas al golpe de ariete si el condensado queda retenido (en tuberías). Sin embargo, la velocidad de transmisión de calor, hasta la obtención del equilibrio térmico es relativamente baja. Se toma una hora, como valor de T,.

EJEMPLO 2.3

Hallar la cantidad de condensado que se formará, al calentar una tubería de 30.5 m de longitud hasta el equilibrio térmico, si su calibre es de 6 pulgadas, su espesor de pared de 0.28 pulgadas, y si tiene un revestimiento aislante de tres pulgadas de espesor. La temperatura ambiente es de -1 "C y la temperatura del vapor, 149°C. Supóngase que el calor latente del vapor es 472 kcal/kg. Considérese T, de una hora.

Solución:

De tablas normalizadas se obtiene el peso especifico de la tubería y del aislante resultando:

Tubería de acero al carbón cédula 40s cuyo peso es de 28.26 kg/m, el peso del aislante es de 99.31 kg/m3.

Peso total de l&ltubería = 862 kg

Peso total del aislante = 345 kg

además de los calores específicos correspondientes que son:

S, = 0.11 Kcal/kg"C) Y Si = 0.25 Kcal/kg"C

resulta entonces:

W, = (862*0.11*150)/472 = 30 kg de condensado para calentamiento de la tubería

w h = (345*0.25*178)/944 = W, = W,/T, = (30 f 16)/1 = 46 kg/h

16 kg de condensado para calentar el aislante.

El cálculo de la velocidad normal de formación de condensado en esta tubería es:

Como se tienen 30.5 m de la tubería en consideracidn, serán:

2-16 M . ALMANZA

DISTIUBUCION DE VAPOR

3.14 149 - (-1) 1 - - -r- 261 S 3 1 0 g i 0 ~ 12.56 ’

= O. 20 kg/h por cada metro de tubería .

0.28 * 30.5 = 8.54 kg/h

Es decir, que el caudal de descarga W, (46 k g h ) es aproximadamente, cinco veces la velocidad normal de formación de condensado.

2.2.3 Capacidad de Descarga de Aire

Este es un detalle muy importante, ya que al no extraer el aire y el gas incondensable se forma un sello efectivo en la tubería que no deja pasar el vapor condensado, de modo que el equipo calentado por vapor no recibe la cantidad suficiente para calentarlo adecuadamente.

La capacidad para manejar el aire depende de la presión efectiva disponible para forzarlo por el orificio. En algunas trampas, la presión efectiva aplicada para expulsar el aire es muy pequeña, en comparación con la presión en la tubería. En otras, la presión que el aire expulsa es la misma que la de la tubería. Como es naturd; la capacidad para manejar el aire es proporcionalmente mayor en el segundo tipo.

Esta capacidad también varía con el tamaño del orificio, en aigunos casos es mucho más grande que en otros. Si se considera la diferencia de presión dentro de la trampa, se notará que para expulsar el aire varfa considerablemente entre una y otra trampa.

En algunos modelos puede ser hasta 200 veces mayor que en otro. La capacidad para expulsar el aire es sumamente importante, ya que asegura períodos de calentamiento sumamente cortos. Es evidente que al seleccionar la trampa, es necesario considerar cuidadosamente la capacidad requerida para el aire y los gases.

Mantener el equipo caliente para aumentar el rendimiento depende del paso continuo del vapor por el equipo. El vapor entra al equipo más eficientemente cuando la trampa descarga el condensado que se acumula continuamente. Para que el equipo funcione mejor, es necesario que la trampa descargue el condensado a la temperatura del vapor. Aunque no siempre es factible hacerlo, hay diseños tlt. trampas que descargan el condensado continuamente, con una pérdida menor de 4°C en la temperatura del vapor en el equipo. Estas son las trampas llamadas de impulso, que están provistas de un doble orificio.

M . ALMANZA 2-17


EVAPORACION (%)

0.0

Con todas las trampas de vapor, mientras más caliente sea el condensado que se descarga, tanto mayor será la evaporación instantánea. La Tabla 2.2 indica que si se desea evitar el vapor instantáneo en la descarga del condensado (O% ) , sería necesario retener el condensado hasta que se enfríe a 100°C, o sea 70°C menos que la temperatura del vapor a esa presión. Mientras ocurre este enfriamiento, el condensado se queda dentro del equipo y reduce la eficiencia de la operación. Si el condensado se descarga ai mismo instante que se forma, y a la misma temperatura que el vapor, se producirá un 13.3% de vapor instantáneo. De modo que debe esperarse la producción de vapor instantáneo en todas las trampas operando a un alto índice de eficiencia.

TEMPERATURA DEL PERDIDA DE TEMPERATURA CONDENSADO ("C) ("C)

100 70.0

TABLA 2.2 Porcentaje de evaporación en la descarga de condensado

5 .o 116 54.0

10.0

10.8

152 18.0

157 13.0

11.6 I I

12.4 165

13.3 170

161

4.4

0.0

I 8.9

Evaporación instantánea de condensado a 14.6 atm.

TRAMPAS DE VAPOR

CAPITULO 3

TRAMPAS DE VAPOR

M. ALMANZA

1 4 7 8 4 2

3.1 CARACTERISIXCAS DE LAS TRAMPAS DE VAPOR

Hasta el momento se ha analizado la formación del condensado, también que la forma de ,oIt:t tarl;) c,

mediante la instalación de las trampas de vapor, pero no se ha dicho los diferentes tipo de los cok, ( l t s de condensado. Por lo anterior es que ahora se mencionarán ciertos requisitos fundamentales ;;e cumplir la trampa de vapor, para drenar correctamente el condensado.

1 .Debe descargar el vapor condensado, tan pronto se forme. 2.Ser de diseño sencillo, con pocas piezas móviles. 3.Proveer amplios límites de presión sin necesidad de tener que ajustar la válvula o tener que cambh J asiento. 4.Ser compacta y liviana para que la tuberia la soporte. 5.Ser construida con materiales lo suficientemente consistentes para asegurar una larga duración y servicio libre de dificultades. 6.Tener un costo inicial relativamente bajo. 7.No congelarse a temperaturas bajas para así dificultar su instalación en cualquier sitio.

3.2 CLASIFICACION DE LAS TRAMPAS DE VAPOR

Las trampas de vapor se pueden dividir en tres grandes grupos:

MECANICAS TERMOSTATICAS MIXTAS

Este último grupo incluye las que no pueden incluirse en los anteriores. En estos tres grupos, ¡as trampas están diseñadas para que evacúen el condensado sin dejar escapar el vapor, pero cada grupo io ,ice de manera distinta. La manera de trabajar es como se menciona a continuación:

t -

GRUPO MECANICO

Como su nombre lo indica, estas trampas funcionan de manera mecánica aprovechando para ello la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. Se abren al condensado y cierran al vapor por la acción de un flotador. El movimiento del flotador acciona una válvula que se abre cuando llega condensado y se cierra al llegar el vapor.

GRUPO TERMOSTATICO

Las trampas de este tipo funcionan por la diferencia de temperatura que existe entre el vapor y el condensado. A una presión determinada, el vapor saturado tiene una temperatura fija, pero el condensado a la misma presión está más frío. Las trampas termostáticas se abren al condensado y se cierrm al vapor a causa de esta diferencia de temperatura, la válvula es accionada por una pequeña pieza llamada elemento termostático que puede ser de expansión metálica y de presión equilibrada.

M. ALMANZA 3-1

TRAMPAS DE VAPOR

GRUPO MIXTO

La trampa más importante de este grupo es la termodinámica que funciona por la diferencia de velocidad con que fluye el condensado y el vapor a través de una simple válvula de disco del tamaño de una moneda, hay quien se inclina por las trampas mecánicas y no utilizarán ningún otro tipo. Otros insisten en la comodidad que representa el reducido tamaño de las termodinámicas y desprecian por completo las trampas mecánicas. Ambos están equivocados. Existe una tercer postura que es la acertada, la cual consiste en elegir las trampas de acuerdo ai trabajo a realizar y con las condiciones del trabajo mencionado. Este es el camino para obtener todas las ventajas que proporciona una purga correcta de la instalación.

Antes de poder elegir la trampa adecuada para cada caso, se debe tener el perfecto conocimiento de todos los tipos, sus ventajas y limitaciones, así como su comportamiento en determinadas condiciones, una vez entendido lo anterior, lo primero que debemos tener en cuenta, es que las trampas deben descargar el condensado de una presión determinada a otra más baja. Si la presión a la salida de la trampa fuese la misma o mayor que la presión de entrada, la trampa no podría trabajar. La distancia que podrá alcanzar el condensado impulsado por la trampa o el desnivel ascendente que podrá salvar depende de la diferencia de presión entre la entrada y la salida. Sobre este punto se hablará más adelante, por el momento se debe recordar que la presión a la entrada de la trampa debe ser mayor que a la salida o no funcionará. No se debe esperar que la trampa envíe el condensado directamente a la caldera por que la presión de ésta siempre será mayor que la presión de la trampa. Para esto lo que normalmente se utiliza es un depósito previo de alimentación que está a presión atmosférica y a donde se envían los condensados procedentes de las distintas trampas (tanque de recuperación de condensados). Desde este depósito el agua se introduce a un desaereador, para liberar de los gases incondensables y posteriormente,medio de una bomba de alimentación, se envía hacia la caldera.

Algunos tipos de trampas descargan el condensado en forma continua. El caudal de salida variará desde un goteo hasta el máximo que permite la válvula, dependiendo de la velocidad con que se forme el condensado en los espacios de vapor en la instalación. A este tipo se les conoce como trampas de descarga continua.

?

Otros tipos descargan el condensado a ráfagas periódicas, después de cada descarga (que parece una pequeña explosión), la válvula de la trampa se cierra completamente, hasta que hay de nuevo una cierta cantidad de condensado. Entonces se produce otra apertura brusca de la válvula y sucede una nueva explosión. La frecuencia y duración de las descargas varían de acuerdo con la velocidad con que se forma el condensado. Este tipo de trampas se denomina de descarga por explosión o de descarga intermitente.

Hay trampas que unas veces trabajan por descarga continua y otras veces por descarga intermitente según las condiciones bajo las que se encuentren.

Algunos usuarios no les convence las trampas de descarga intermitente, a causa del ruido que generan, prefieren las trampas de descarga continua por su funcionamiento silencioso. Por el contrario hay quienes prefieren las trampas de descarga intermitente ya que notan en cualquier momento su funcionamiento.

Se considera que la posición justa está equidistante de los dos extremos. Hay lugares en que la trampa de descarga intermitente es totalmente inadecuada (zona de un hospital), otros lugares donde el ruido no

TRAMPAS DE VAPOR

Gran capacidad de purga de aire

De pequeñas dimensiones que corresponden grandes capacidades de descarga

Automgulables, funcionan sin ajustes en todas las presiones dentro de su gama

No se congelan si se les deja descargar libremente

Utilizan las mismas dimensiones de válvula para todas las presiones dentro de su gama de operación

Se componen de un pequeño número de piezas

tiene ninguna importancia. Los expertos en trampas saben que hay casos en que la descarga repentina y el cierre violento de la trampa intermitente, puede representar una ventaja sobre la descarga continua. Saben que hay otros casos en que la tranquila descarga continua es la apropiada, y que la intermitente resultará inconveniente.

No son apropiadas para vapor recalentado

Resistencia limitada al golpe de ariete

No son apropiadas paca su uso en los cuales el condensado debe de ser descargado a medida que se va formando. El condensado debe enfriarse antes que se pueda descargar.

II

3.2.1 Grupo Termostático

TRAMPA TERMOSTATICA DE PRESION BALANCEADA

La trampa es accionada por un elemento termostático flexible lleno con un líquido volátil. Su punto de ebullición es menor que el del agua (normalmente 10°C), así que, cuando se calienta 10°C por debajo de la temperatura del vapor, la presión interna del líquido volátil iguala la presión en el cuerpo de la trampa. Al aproximarse la temperatura a la del vapor, la presión interna excede a la externa, causando con esto la expansión del fuelle termostático y por consecuencia el cierre de la válvula contra el asiento.

El enfriamiento del condensado en el cuerpo de la trampa, provoca la condensación del líquido volátil del cuerpo y la presión externa excede ahora a la interna. La diferencia de presión en el elemento crea suficiente fuerza para abrir la válvula, originando la descarga del condensado. Esta trampa no requiere de ajustes ni cambios de válvula y asiento para diferentes presiones.

-Tabla 3.1 Características de las Trampas de Presión Balanceada

II VENTAJAS II DESVENTAJAS II

~ ~~

M . ALMANZA 3 -3

TRAMPAS DE VAPOR

VENTAJAS

Soportan golpes de ariete

Eficiencia térmica muy alta, (utilizan el calor sensible tanto como el calor latente del vapor)

La descarga a baja temperatura elimina el vapor instantáneo en los lugares de trabajo

No se congela si se les da descarga libre

Figura 3.1 Elemento de presión balanceada (construido o

improvisado)

DESVENTAJAS

Limitadas a aplicaciones tales como tanques de almacenamiento y algunas Iíneas donde el condensado puede ser retenido y enfriado antes de ser descargado

El condensado corrosivo puede atacar el fuelle de bronce en el elemento termostático

No son autorregulables

TRAMPA TERMOSTATICA DE EXPANSION LIQUIDA

El aire y el condensado se descargan desde el comienzo hasta que el condensado alcanza una temperatura predeterminada debajo de 100°C. El elemento termostático, lleno con líquido cierra la válvula para mantener la temperatura prefijada de descarga del condensado.

, ,

Tabla 3.2 Características de las Trampas de Expansión Líquida

3-4 M . ALMANZA

TRAMPAS DE VAMR

Resisten al golpe de ariete

Rendimiento térmico muy alto cuando se regulan pam descargar a bajas temperaturas

La baja temperatura de descarga evita el vapor instantáneo en los lugares de trabajo

Algunos tipos no se congelan si se les descarga al aire libre

TRAMPA BIMETALICA

Limitadas a aplicaciones en las cuales el condensado puede ser retenido y enfriado antes de ser descargado

Las características del bimetal pueden cambiar con el uso

No son automgulables

El aire y el condensado se descargan desde el comienzo hasta que el condensado alcance l a temperatura predeterminada. El elemento termostático bimetálico cierra entonces la válvula par? mantener la temperatura prefijada de descarga del condensado.

VENTAJAS

Descarga el condensado en foma continua tan rápidamente como se forma

Tabla 3.3 Característica,, de las Trampas Bimetálicas

recalentado pueda llegar al elemento de la ventila No pueden ser utilizadas en equipos en los cuales el vap

=AJAS II DESVENTAJAS

Gran capacidad de la ventila a través de la ventila auxiliar de presión equilibrada, la cual es autorregulable para diferentes presiones de vapcr

Gran eficiencia térmica tanto en cargas livianas como pesadas

La descarga modulada no causa variaciones de presión, las que podrían causar dificultades en el control de temperaturas, de serpentines, calentadores de aire e intercambiadores de calor

'

~ ~~~~

En usos en los cuales se puedan congelar, deben ser prow# *dos con un drenaje térmico

Los golpes de ariete pueden dañar tanto el flotador coni,. el elemento de ventila

3.2.2 Grupo Mecánico

TRAMPA DE FLOTADOR Y TERMOSTATICA

El aire que entra a la trampa se descarga inmediatamente a través de una ventila auxiliav de gran capacidad. El ;ondensado obliga al flotador a subir, y coloca la válvula reguladora en una posicih tal que descarga el condensado en forma continua a medida que entra en la trampa. El nivel del condrnsado en el cuerpo de la trampa se mantiene sobre la válvula de descarga para formar un sello positivo e i r ledir la pérdida de vapor.

Tabla 3.4 Características de las Trampas de Flotador

M. ALMANZA 3-5

TRAMPAS DE VAPOR

Figura 3.2 Trampa de vapor bimetálica mostrando sus elementos

3-6 M. ALMANZA

Figura 3.3 Trampa de vapor combinada con flotador y eliminador termostático

TRAMPA DE CUBETA ABIERTA

El cuerpo de la trampa de grandes dimensiones, está parcialmente lleno con condensado, el "I I hace flotar un balde con la boca hacia arriba. La cubeta que flota, levanta una cabeza de válvii$+ In 11 7 su asiento, y la sella. Al entrar más condensado en la trampa, el nivel sigue subiendo, hdbf +e el condensado rebose dentro del balde, haciéndolo undirse y abrir de esta forma la válvula. L,,i i i í ai6n de la trampa obliga al condensado, que está en el balde, a subir por un tubo vertical saliendo dt: ..l * .impa. Al salir el condensado del balde, éste vuelve a flotar, cerrando la válvula. El aire debe purgdrxt ravés de una purga auxiliar manual o termostática, ubicada en la parte superior de la trampa.

Tabla 3.5 Características de las Trampas de Cubeta Abierta

VENTAJAS I DESVENTAJAS

Buena resistencia al golpe de ariete L o s cuerpos de las trampas con difíciles de instalar i ~ , .L1~u l i sus dimensiones y a su peso - . Deben ser protegidas contra congelación

La descarga intermitente puede retardar la eliminacioii .IC¡ condensado

.

M. ALMANZA 3-7

TRAMPAS DE VAPOR

VENTAJAS

Son bastante resistentes a los golpes de ariete

* TRAMPA DE CUBETA INVERTIDA

DESVENTAJAS

Baja eficiencia térmica al trabajar con carga y presiones variables

Deben mantener un sello de agua para impedir descarga continua de vapor

Normalmente el cuerpo de la trampa está lleno de condensado para mantener un sello alrededor del balde invertido, el cual actúa como un flotador para operar la váivula de descarga. El vapor que entra en el balde lo hace flotar cerrando la válvula. Mientras la válvula está cerrada, el condensado se acumula en la tuberfa por el lado de entrada de la válvula, hasta que el vapor que hace flotar el balde, se escapa a través de un pequeño orificio en la parte superior de éste, y permite que el balde baje abriéndose la válvula. El condensado es descargado, seguido por el vapor, el cual vuelve a accionar el mecanismo del flotador. El aire puede pasar a través de un pequeño orificio en la parte superior de la cubeta. Algunas trampas de cubeta invertida están equipadas con una ventila bimetaiica auxiliar,

Pueden construirse para presiones de trabajo muy altas

Tabla 3.6 Características de las Trampas de Cubeta Invertida

Deben ser protegidos contra congelación

No pueden descargas condensado en forma continua tan rápido como se forma

c -

El orificio de purga de la cubeta tiene una capacidad de purga de

temperaturas, no es autorregulable

3-8 M. ALMANZA

p" 5 II

~

Figura 3.4 Trampa de Cubeta Invertida

3.2.3 Grupo Termodinámico

TRAMPA DE IMPULSO

Tiene dos orificios en serie para crear un impulso de presión que opera la válvula de descarga A: 'legar condensado relativamente frío a la trampa, pasa a través de los dos orificios en serie sin crear >i iente presión en la cámara de control para cerrar la válvula principal. El condensado sigue fluyei! hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 18°C por debajo de la temperatura del vapor. C ridndo la presión en la cámara de control puede cerrar la trampa, el condensado es retenido y se enfria, iv trampa vuelve a abrirse y el ciclo se repite, ai trabajar con cargas livianas, el vapor puede ser descargado iraves del orificio de sangría.

M. ALMANZA 3 -9

TRAMPAS DE VAPOR

Se constniyen'enteramente de acero inoxidable

Buena resistencia a los golpes de ariete y vapor recalentado

Tabla 3.7 Características de las Trampas de Impulso

Las piezas de la válvula. muy ajustadas se pueden atascar

El condensado retenido puede contribuir a corrosión y golpes de ariete

No deben usarse en equipos en los cuales la contrapresión sea supenor en un 30% a la presión de entrada del condensado

Son pequeñas y livianas II Los orificios de sangría continua pueden desperdiciar vapor ai I trabajar con cargas livianas

- 3

- c

I D

Figura 3.5 Trampa de impulso

M. ALMANZA 3-10

TRAMPA TERMODINAMICA

El condensado y el aire levantan el disco y fluyen libremente a través de la trampa, ai llegar e! ~ n y c f a la trampa, aumenta instantáneamente la velocidad del flujo debajo del disco, y la recompresión sobre el disco hace que éste cierre el golpe sobre su asiento, sellando el camino del vapor y covdenaai'.~, 1 1 : : ) 'n que la presión en la cámara baje hasta un punto en que el disco se abre nuevamente ai 14 ~ , : S C , ~ ~ I ~ d r

condensado.

Tabla 3.8 Características de las Trampas Termodinámicas

1 VENTAJAS I DESVENTAJAS - 1 II Comoacta y liviana I No son apropiadas para presiones menores a 10 psi

Construida totalmente de acero inoxidable

Gran resistencia a golpes de ariete

Buena resistencia a la corrosión

Una sola pieza movible

Una d a trampa para todas las presiones comprendidas entre 10 y 600 psi

Algunos modelos están limitados contra presiones de IIB (r0'y otros son apropiados solamente para presiones de retencibi, t h 85 %

Operan eficientemente con diferentes presiones y cargas

Responden rápidamente a cargas variables

Descargan condenpdo a la temperatura del vapor para impedir anegamiento

No se recomiendan para presiones bajas con válvula :c

temperatura .ir<)) de

_I- - .

TRAMPA DE LABERINTO

Este tipo raramente califica como una "trampa de descarga automática", pero es mostrada CT! I Figura 3.7.

Consiste en una serie de placas (baffles) los cuales pueden ser ajustados por medio de un ,te.

El condensado caliente pasando entre el primer baffle y el cuerpo de la válvula esta sujeto a unL dída de presión y parte de él se vaporiza instantáneamente (flash). El espacio alrededor del siguientt, ' affle se cubre al aumentar el volúmen de condensado caliente y vapor obtenido durante la vaporizaci. )AI ciediata. El resultado es una restricción a lo largo de la longitud de la trampa, io cual lentamente disminuye el flujo de condensado y evita el escape de vapor vivo.

Los baffles pueden ser movidos hacia adentro o hacia afuera, usando el volante, sin embargo i uvicio es imperfecto, delicado y requiere frecuentes ajustes para cubrir variaciones de las condiciones de operación. Por io tanto no será considerada en secciones subsecuentes.

M . ALMANZA 3-1 1

TRAMPAS DE VAPOR

_ -

Figura 3.6 Trampa Termodinámica

Figura 3.7 Trampa de vapor de laberinto

M. ALMANZA 3-12

TRAMPAS 1% VAPOR <,- -

PLACA DE ORIFICIO

La teoría y construcción de la placa de orificio, ast como las trampas de vapor son extremadamentes simples. Ambas cuentan con un orificio dimensionado para manejar la carga de condensado. El mantenimiento es simple y las pérdidas de radiación son virtualmente eliminadas. Se basa i 11 la gran diferencia de densidad entre el condensado y vapor, el orificio no puede desalojar grar; \diddad de condensado, si el dimensionamiento calculado no es el adecuado, lo que no es posible en utia válvula defectuosa en la posición abierta.

La limitación principal es el tamaño del orificio. Un orificio de 1 mm puede operar con 2.3 kg11 de vapor bajo condiciones "sin carga" lo que es lamentablemente inadecuado para darse a basto con aire en e! inicio de operaciones y además presentarta un problema dificil al tratar de proteger del polvo y sucrcdad un pequeño orificio sin embargo, el problema principal es el que se produce por la inundación qiie resulta, cuando la carga se incrementa, a pesar que es posible que el orificio pueda permitir variaciorws de 25% arriba o abajo de la carga. Las variaciones de presión son otro problema para el cálculo del diarnetro del orificio, por lo que este sentido es imposible que pueda suministrar un servicio automático y iio será considerada más adelante.

3.3 FACTORES QUE ASEGURAN LA EFICIENCIA DE LAS TRAMPAS DE VAPOR

Las trampas de vapor generalmente representan una pequeña inversión en comparación con ~1 1 ( I $0 del equipo que protegen. Sin embargo el funcionamiento del equipo de vapor depende en gran p a íi le la eficiencia de las trampas. Por esta razón es muy importante la selección, instalación y conservr i h de las mismas. -

3.3.1 Seleccion del Tamaño Adecuado

Las trampas de tamaño muy grande, por lo regular retienen el vapor tanto tiempo antes de cou que retrasan en gran medida la entrada de la siguiente carga.

nrse,

Por esta razón, la eficiencia del sistema de producción se reduce. Si la trampa es muy pequeña, el vapor condensedo se acumula en el equipo que se supone drenar, reduciéndose también por esto la efil I ncia.

La capacidad de las trampas generalmente no aumenta de acuerdo con el diferencial de presión qu, se les aplique. El tamaño del cuerpo y de las tuberías no es lo que indica la verdadera capacidad de la trampa. El modo de cerciorarse del tamaño de las trampas es consultando las tablas de capacidad que proporr. ionan los fabricantes de trampas y que requieren de datos como los siguientes:

-presión de vapor -contrapresión -caudal del condensado a purgar -diámetro nominal -tipo de conexiones -tipo de consumidor de vapor -modelo de trampa

M. ALMANZA 3-13

TRAMPAS DE VAPOR

Para el caso de la carga de condensados es necesario aplicar un factor de seguridad, el cual varía entre 2 y 5, y se aplican para compensar el manejo de cantidades anormales de aire y condensados. las variaciones en la presión del vapor y las condiciones esperadas en la operaci6n del equipo.

El factor 2 se usa para recipientes de presión, superficies sumergidas con descarga por gravedad y para las tuberfas de vapor principales.

El factor 3 se aplica a los serpentines, secadoras y superficies en las cuales el condensado es elevado hasta la trampa.

El factor 5 se aplica a los serpentines provistos de aletas usados para calentar chorros de aire.

Debido a que la capacidad de la trampa disminuye conforme aumenta la temperatura del condensado, es importante saber la temperatura en que se basan las tablas de capacidades. Mientras más bajas sean tanto mayor será el factor que debe aplicarse.

3.3.2 Instalacion Correcta

Para la instalación de las trampas, es importante que estas puedan dar el servicio para el cual están diseñadas. El funcionamiento adecuado del equipo más grande y costoso, depende en gran parte de la eficiencia de las trampas de vapor.

3.3.3 Factorb-Relativos para la Selección de Trampas de Vapor

Por definición la trampa de vapor, debe atrapar el vapor y al mismo tiempo permitir la eliminación de aire y gases no condensables, así como condensado. La selección de las trampas de vapor no siempre es simple, debido a que las trampas deben ser seleccionadas para cumplir funciones dadas, bajo condiciones dadas, estas deben poder involucrar variaciones en la presión de operación, cargas de condensado o contrapresiones, estando también sujetas a temperaturas extremas o golpes de ariete. La corrosión o polvo son otros peligros comunes a las que pueden estar sujetas.

Diferentes tipos de trampas pueden tener diferentes características de operación, unas más importantes, en algunos casos que otras.

Es imposible que una trampa de vapor pueda cumplir con todos los servicios, por lo que la selección de las trampas es algunas veces difícil, sin embargo trampas de diferentes tipos pueden ser utilizadas con una buena eficiencia en determinadas aplicaciones para las cuales no fueron diseñadas. Esta sección, revisa algunos factores que son importantes en la selección de trampas de vapor.

3-14 hí. ALMANZA

"RAMPAS DE VAPOR

A. Venteo de Aire

Ai inicio de operaciones, la trampa debe ser capaz de descargar aire, debido a que si el aire no es eliminado, el vapor no podrá ocupar completamente el espacio y sólo calentará parcialmente parte del fluido de proceso, incrementando las pérdidas y ocasionando que la eficiencia de la planta pueda llegar a fallar. L o s purgadores de aire por separado son requeridos en espacios de vapor muy grandes o donde existe el peligro de que formen bolsas de aire, pero en la mayoría de los casos el aire contenido en el sistema es decargado a través de las trampas de vapor. En este caso las trampas de vapor termostáticas tienen una ventaja sobre otros tipos de plantas, dado que se encuentran completamente abiertas en inicio de operaciones.

Las trampas de flotador con eliminador de aire integrado, también resultan adecuadas, así también como las trampas termodinámicas con orificios adecuados pueden manejar cantidades razonables de aire. El pequeño orificio de purga de las trampas de cubeta invertida, generalmente presentan una rnfnima capacidad para eliminar aire.

B. Eliminación de Condensados

Habiendo eliminado el aire, la trampa debe manejar condensado. Si el espacio vapor es pequeño y la capacidad es critica, el condensado debe descargar inmediatamente a la temperatura del vapor. Las inundaciones son una de las principales causas que reducen la capacidad de calentamiento de la planta, siendo un factor significativo de ruptura entre los deflectores y tubos en los cambiadores de calor de tubo y coraza.

Las trampas mecánicas son claramente la primera elección en esta estimación, sin embargo el ciclo frecuente de otros tipos puede significar que sean aceptadas. La descarga de condensado a temperaturas menores a la del vapor usando trampas termostáticas, pero debieran ser unicamente contempladas cuando se permite un cierto grado de inundación.

C. Eficiencia Térmica

Si la eficiencia térmica es definida como la cantidad de calor que se aprovecha, cuando se usa una masa de vapor, la trampa termostática puede parecer la mejor elección. Estas trampas retienen el condensado hasta que es enfriado un poco abajo de la temperatura de saturación, previendo que el mismo calor que esta dando la planta sea el mismo que está siendo utilizado en el proceso, con lo cual se logra un ahorro real en ei consumo de vapor, que resulta realmente atractivo, si se descargara condensado a la temperatura más baja posible.

Por otro lado si el condensado frío se retorna al tanque de alimentación, se requerirá precalentarlo y la eficiencia lograda en la trampa resulta pequeña comparada con la eficiencia del sistema de vapor.

La evaluación de cualquier aplicación que involucra una disminución de la tempetatura en forma constante, debe ser tomada con cuidado, ya que si el drenado se hace a través de una trampa de vapor bimetálica, a simple vista puede ser atractivo descargar el condensado a baja temperatura a la reducción

M. ALMANZA 3-15

TRAMPAS DE VAPOR

de vapor producido instantáneamente (flash), pero por otro lado, si el calor es perdido a la atmósfera a través de una disminuación de temperatura, por ejemplo donde no hay aislamiento, entonces la ganancia neta de la eficiencia térmica es nula.

Si existe un enfriamiento sostenido, parte del condensado será retenido dentro del equipo de transferencia de calor y la preocupación principal debe ser permisible en enfriadores de espiral, y en las líneas que operen similarmente y que no sean críticas, sin embargo, puede ser peligroso en cambiadores de calor.

Una guia para evalúar la eficiencia de operación de las trampas de vapor, es referida a la pérdida de calor debido a las pérdidas de vapor vivo, y las pérdidas de radiación y convección durante la operación.

D. Golpe de Ariete

El golpe de ariete puede poner en peligro las trampas de vapor y causar que tengan un mal funcionamiento, es por lo tanto necesario que el golpe de ariete sea reconocido y la trampa sea seleccionada para este caso.

El golpe de ariete ocurrirá como picos (slug) de p a , que son recogidas a una alta velocidad y depositados en la salida de las tuberías o serpentines de tubo. También puede ocurrir, cuando hay una elevación después de la trampa de vapor, y aún cuando la presión de vapor aparente ser la adecuada para superar la elevación, los problemas ocurrirán en el inicio de operaciones o cuando el equipo que se drene, se encuentre a temperatura controlada. El condensado descargando dentro de una línea de retorno que ha sido bombeado puede también producir golpe de ariete.

La delgada par@ del fuelle o elemento de las tradicionales trampas de presión balanceada del tipo termostático son claramente vulnerables a golpes de ariete peligrosos; sin embargo, esta posibilidad es casi eliminada con elementos de acero inoxidable, tales como los que se muestran en la Figura 3.2, la trampa bimetáiica a pesar de lo anterior, es la más robusta para los casos donde una trampa termostática es seleccionada.

De las trampas mecánicas, la del tipo de cubeta invertida es mucho más resistente a golpes de ariete que las trampas del tipo de flotador. Las trampas termodinámicas generalmente no son adecuadas para peligros por golpe de ariete.

E. Polvo

El polvo es otro factor principal que debe ser considerado en la selección de trampas. A pesar de que el vapor condensa convirtiéndose prácticamente en agua destilada, hay muchos casos en los que al ser tratado, como agua de alimentación para caldera, arrastra compuestos del tratamiento químico depositandolos en las tuberías, aunado a lo anterior, debe también considerarse el polvo inicial que se deposita en la tubería durante la construcción, así como otros productos corrosivos depositados en rutinas de operación subsecuentes.

~ ~

3-16 M. ALMANZA

Una trampa que tiene una acción de descarga interminente, es una de las que menos probabii dades tienen de ser afectadas por el polvo, esto hace que las trampas termostáticas de presión bahceada scan preferidas, a pesar de que la mayoría de válvulas son asociadas a trampas de diafrágma que pteden causar dificultades. Las trampas bimetálicas están propensas a mal funcionamiento debido a obstrucciones entre la válvula de bloqueo y el asiento, lo que ocasiona que estas trampas puedan accionar gotwando.

Las trampas mecánicas son modernamente exitosas. Las válvulas y asientos de las trampas de flotador están sumergidas bajo el nivel del agua, lo cual puede protegerlas del polvo depositado en la superficie del agua, el que finalmente cae al fondo de la trampa.

En el caso de las trampas de cubeta invertida el flujo de condensado hace que la válvula principal esté arriba del nivel del agua y por lo tanto, la misma no es afectada por el polvo, sin embargo la parte más vulnerable es el orificio para eliminación de aire localizado en la cubeta de la trampa, debido a que si ese orificio se bloquea, puede causar que el aire atrapado haga que la trampa se mantenga cerrada. Es un hecho bien conocido, el que algunas trampas puedan operar mejor después de haber sido golpeadas con un objeto pesado, en el caso de las trampas de cubeta, un golpe puede lograr que se desprendan pequeños trozos de escamas que bloquean el orificio para eliminar el aire y se logre en forma instantánea una buena operación.

La trampa termodinámica es otro tipo aceptado para instalarse en lugares polvosos, especialmente si un filtro es usado. A pesar que el disco y el asiento deben estar limpios para asegurar la operación correcta de la trampa, no hay necesidad de limpiezas frecuentes, debido a que la alta velocidad del condensado que fluye a través de los mismos, hace que estos se conserven limpios. Lo anterior permite una acción rápida y positiva que, obviamente, reduce la oportunidad de que las dos partes puedan trabajar estrictamente juntas. Muchas trampas termodinámicas cuentan con filtros integrados, que evitan el exceso de polvo a latrampas. * .

La trampa de impulso no es aceptable para condiciones polvosas, debido a que el estrecho espacio, entre el tapón y la malla no presentan ventajas con la alta velocidad de flujo y el tapón frecuentemente se queda en una posición intermedia, en este caso la trampa llega a ser un orificio fijo y su operación pual’ pasar desapecibida por mucho tiempo.

La trampa de orificio es la menos aceptable para condiciones polvosas, debido a que el orificio es siempre pequeño y se bloquea frecuentemente, aún desde que es instalado. Agrandar el orificio (como se hace en algunos casos por desesperación) no soluciona ningún problema, debido a que solo retarda el tierrtpo de bloqueo. Algunas veces es instalado un filtro, pero tiene que ser de malla extremadamente fina, si se desea que el filtro sea efectivo, debe considerarse la instalación de un filtro, presenta el problema de que las roscas pueden obstruirse, haciendo difícil el movimiento frecuente del mismo, cuando se requiera limpiar la malla.

F. Espacios de Vapor Fijos

La posibilidad de un espacio de vapor fijo debe ser también considerada en la selección de las trampas de vapor. h e d e ocurrir cuando una trampa de vapor se localiza distante del equipo ai que se le está

M . ALMANZA 3-17

TRAMPAS DE VAPOR

drenando el condensado y puede llegar a ser crítico cuando la salida de condensado es a través de una tubería que forma un sifón.

La Figura 3.8 muestra la eliminación de condensado de un secador cilíndrico. En el dibujo a, la presión de vapor es suficiente para elevar el condensado hasta el sifón, pasarlo a través de la trampa y expulsarlo fuera de esta. En el dibujo b, se muestra cuando el nivel de condensado baja cerca del fondo del cilindro y deja descubierta la tubería del sifon, permitiendo que el vapor entre por la tubería y cause que la trampa se cierre (en este caso una trampa de flotador). Una trampa forma entonces parte del espacio del vapor fijo, hasta que las pérdidas de calor del cilindro hacen que se forme más condensado que será incapaz de subir a la trampa, hasta que se incremente el nivel, y se suba hasta que el extemo inferior de la tubería del sifón, volviendo a ser elevado de la misma forma que se mencionó en el dibujo a.

Si el extremo de la tubería del sifón que se encuentra inundado, se localiza a un nivel demasiado elevado, el nivel de condensado tendrá que ser elevado, esto ocasiona que puedan formarse inundaciones, como se muestra en el dibujo c, dando por resultado una reducción de la capacidad de secado del cilindro y un incremento en la potencia requerida para girar el cilindro, y en casos extremos el nivel podría llegar a la línea de centro, causando que el condensado ponga en peligro las juntas rotativas.

- b

Figura 3.8 Eliminación de condensado de un secador de

cilindro

TRAMPAS DE VAPOR ~~ ~~~~~~~~ ~ ~

La Figura 3.9 muestra una trampa de vapor con facilidad para liberar vapor atrapado en la tubería del sifón. Básicamente es una válvula de aguja que permite que el vapor sea eliminado fuera de la trampa sin que pase por la válvula principal. Esta es el único tipo de trampa con este servicio y es la única elección correcta en casos de cilindros de secado con cargas pesadas. A pesar que la válvula de aguja cuenta con un orificio que permite el sellado de vapor, cuando este es atrapado en el sifón, su capacidad para eliminación de aire es limitada. La Figura 3.3 muestra una trampa con servicios para liberar vapor atrapado y eliminador de aire termostático.

Figura 3.9 Trampa de flotador con liberación de vapor

-

Cualquier trampa abre regularmente como resultado de las pérdidas de calor, cubriendo eventualmente cualquier sistema de vapor frío, sin embargo la recoleccióri general de condensado es problemática por las contrapresiones que puedan tenerse, por lo que el método descrito anteriormente, para eliminar condensados, es aceptado s610 en líneas pequeñas de condensado que no son críticas.

3.4 SERVICIO

La trampa de vapor invlocra una válvula y asiento junto con otras piezas en movimiento, en consecuencia desgastes y fatigas son inevitables y necesariamente deben ser tomadas en cuenta para dar servicio a la trampa.

Muchas trampas son diseñadas para facilitar el mantenimiento. La Figura 3.2 muestra una trampa bimetálica típica donde las partes internas pueden ser removidas desatornillando el asiento del cuerpo.

Como se mencionó anteriormente, las trampas mécanicas son diseñadas para que las cubiertas y las partes internas puedan ser fácilmente removidas y llevadas a los talleres, donde se puedan reparar. En la Figura

M. ALMANZA 3-19

TRAMPAS DE VAPOR

3.10 se muestra las partes internas que pueden removerse en las trampas de cubeta invertida y en la trampa de flotador con termostato para eliminación de aire.

Una revisión inicial a la unidad sellada prevendrá cualquier clase de mantenimiento, ya que desde que la trampa entra tiene que ser revisada para saber si las partes internas se tienen que remover, siendo prioritario que la revisión se relice antes de que la trampa se instale.

. -. . . *

L

Figura 3.10 RemosiÓn de partes internas de trampas de vapor

3.5 CARACTEI~STICAS DE LAS TRAMPAS DE VAPOR

Los fabricantes de las trampas de vapor, proveen una gran cantidad de información, sobre las características de los rangos específicos de las trampas. Opiniones sobre las características de operación de sus modelos pueden diferir, pero como regla general muchas trampas de diseño similar se comportarán en forma similar cuando están en servicio.

M. ALMANZA 3-20

TRAMPAS DE VAPOR

CARACTERISTICAS

Método de operación

La Tabla 3.9 resume las características de las trampas de vapor más comunes, esta puede ser de utilidad, cuando dos o más tipos de trampas de vapor son recomendadas para cumplir con los requerimentos de un sistema, evidentemente el costo de cada tipo de trampa debe ser considerado y es siempre aconsejable en cualquier caso, consultar ai representante del fabricante para mayores detalles

Tabla 3.9 Comparación de los Parámetros de Operación de las Trampas de vapor

Cubetri FIotadorcon Termodinsmicii Fwlle InVertidn Elemento term-

Teimstptico

intermitente continuo intermitente intermitente

Resistencia a la corrosión

Resistencia a choques hidráulicos

bueno I pobre I excelente I Conservación de energía (tiempo en servicio)

excelente bueno excelente

excelente Pobre excelente

favorable

Venteo de aire y C02 a temperatura de vapor

Habilidad de ventear aire a muy baja presión (3.5 kg/cm2 man)

Habilidad para manejar aire en inicios de operación

Operación contrapresión

Resistencia a desgaste excelente bueno Pobre favókble

si no no

pobre excelente no recomendable (3)

favorable excelente pobre

excelente excelente Pobre

Resistencia a fieligros de congelación (4)

Habilidad para purgar sistemas

bueno Pobre bueno bueno

- excelente favorable excelente bueno

bueno

Comportamiento en cargas muy ligeras

Calidad para picos de condensado ( S k S )

pobre

excelente excelente

inmediato

no

Habilidad para manejar polvo

Tamaño físico compartido

Habilidad para manejar vapor producido instantáneamente (flash)

bueno

~ ~~~ ~

excelente pobre pobre favorable

grande (5) grande pequeño pequeño

favorable pobre pobre pobre

excelente

excelente

excelente

retardado

I I I (7) Fallas mécanicas (abierto-cerrado) abierto cerrado abierto (6)

(I) pueden ser continuas en baja carga (2) excelentes cuando vapor saturado es utilizado (3) no recomendadas para operaciones en baja presión (4) trampas de acero fundido no recomendada (5) construcciones en aceru inoxidable (6) puede facilitar el cierre devido a polvo (7) puzde fallar abriendo o cerrando, depende del diseño del fuello

M. ALMANZA 3-21

TRAMPAS DE VAPOR

3.6 VERIFICACION DEL COMPORTAMIENTO DE LAS TRAMPAS DE VAPOR

La trampa de vapor es un enlace vital entre el sistema de vapor y el sistema de condensados, por lo que su operación es esencial. Hay tres tipos de modo de falla, que han sido encontradas en las trampas de vapor:

1. Falla de posición cerrada, es usualmente notable por el pobre comportamiento del equipo debido a inundaciones con condensado. Esta clase de falla pasa desapercibida en las tuberías de vapor.

2. Fallas en la posición abierta causan pérdidas de vapor vivo. Las trampas frecuentemente descargan dentro de un sistema de retorno de condensados y el vapor vivo que sale por el tanque de almacenamiento puede indicar problemas, no obstante es difícil localizar la trampa defectuosa.

3. La operación deficiente es la falla más común, pero también la más difícil de identificar y localizar; el resultado es la pérdida de vapor y puede ser causada por numerosas razones específicas a cada tipo de trampa, los ejemplos son excesivamente repetitivos; cierre incompleto de válvulas, cierre lento en respuesta al vapor etc.

Los apartados siguientes describen varios métodos para verificar el comportamiento de las trampas.

3.6.1 Trampas Descargando a la Atmósfera

Las trampas descargando a la atmósfera presentan facilidad y seguridad para verificar su operación. Aún para una persopa no familiarizada, será fácil observar la descarga de la trampa y decidir en todo caso si la trampa trabaja correctamentv. Las trampas que descargan en forma continua o intermitente son particularmente fáciles de verificar; cuando la trampa usada esta cerrada, únicamente una pequeña neblina debe ser visible y ésta es causada por la evaporación de pequeñas gotas que salen por la conexión de salida. Cuando la trampa esta descargando normalmente habrá una cantidad de vapor, el cual es producido por la vaporización instantánea (flash) que sale junto con el condensado y no debe ser confundido con vapor vivo. Las trampas termodinámicas, trampas de presión balanceada convencionales y trampas de cubeta invertida, manejando cargas moderadas trabajarán de esta forma.

Trampas de flotador, trampas bimetálicas y algunas de presión balanceada con elementos de acero inoxidable, en muchos casos darán una descarga continua. Con estos tipos de trampas es más difícil decidir si trabajan correctamente, sin embargo, si hay una zona en la descarga de la tubería con una neblina azulosa, entonces es una fuerte indicación de que por la trampa está pasando vapor vivo.

3.6.2 Mirillas de Vidrio

La mirilla de vidrio, mostrada en la Figura 3.11, es simplemente una ventana colocada en el lado de la descarga de la trampa, de tal forma que el flujo descargado pueda ser observado. Es generalmente efectiva en el caso de trampas que tienen una descarga limpia, y alguna experiencia puede ser necesaria para juzgar si la descarga de la trampa es correcta, particularmente si estas son descargas pesadas.

3-22 M. ALMANZA

TRAMPAS DE VAPOR

Puede ocurrir en algunas instalaciones que se depositen incrustaciones en el lado del vidr: causando problemas, sin embargo estos problemas harán pensar que los depositos también afectar&$ i lado del vapor siendo indicativo. que el tratamiento del agua de alimentación debe ser verificado.

.....

Figura 3.11 Mi r i l l a de vidr io

F -

3.6.3 Temperatura

Otro viejo método establecido para checar las trampas de vapor es la medición de temperati v en la entrada y descarga de las trampas. Existen métodos que utilizan crayones sensitivos a la temperat iira hasta pirómetros infrarojos, los que han sido usados y desafortunadamente estos solo son útiles para ..alores limitados ya que solo detectarán cuando una trampa causa serios inundamientos y pueden tener r d wancia soio en el caso de trampas termostáticas.

Sin embargo si la temperatura del condensado y el vapor formado por vaporización (flash), en t 1 lado de la decarga de una trampa trabajando normalmente cerca a los 100°C es la misma que la del vap rr vivo, se tiene por conclusión que la medición de temperatura no permite tener una guia para uaber el comportamiento de la trampa.

3.6.4 Sonido

Otro método bien establecido para detectar el funcionamiento de una trampa, consiste en escuchar el sonido que hace la trampa al operar, por medio de un estetoscopio.

~

M. ALMANZA 3-23

TRAMPAS DE VAPOR

Un estetoscopio es un aparato similar ai usado por los médicos y es de utilidad para detectar malos funcionamientos o averías en las trampas de vapor. Consiste en una sonda metáíica que ai ponerla en contacto con la trampa de vapor transmite las vibraciones a los auriculares a través de una membrana (ver Figura 3.12), su uso requiere cierta experiencia. Tiene el inconveniente de que cuando hay varias trampas de vapor próximas, las tuberías transmiten las vibraciones y esto puede dar lugar a errores en el diagnóstico.

3.6.5 Electrónico

- - Auriculares

Tubos de goma -c .

Metálico

Figura 3.12 Estestoscopio para detección de fallas en purgadores

Un método reciente es provisto por un servicio que utiliza la conductividad del condensado. Este involucra la conexión de un sensor en una cámara que es instalada del lado de la corriente que llega a la trampa de vapor tal como se muestra en la Figura 3.13.

TRAMPASDL W R I-

-*-

- - Trampa, trabajando CC- V W ~ &-

C a m a

(Se muestra en el m t i r _I I rr

con una luz

Vapor Vivo

Figura 3.13 Operación de un detector Spira Tec (spirax) para trampas de vapor

3-25 M. ALMANZA

TRAMPAS DE VAPOR

La cámara es un pequeño recipiente que se encuentra dividida por una mampara para evitar que la llegada de condensado forme una acumulación turbulenta. Cuando la trampa trabaja normalmente, el condensado fluye bajo la mampara y un pequeño orificio, en la parte superior de la misma, iguala la presih en las dos partes de la cámara. Un sensor localizado en el lado de la corriente que entra a la cámara, detecta la presencia de condensado y oprimiendo un boton en el indicador portátil, es cerrado un circuito que indica que la trampa esta trabajando correctamente.

Si la trampa falla en la posición abierta, un volúmen relativamente grande de vapor fluye hacia la trampa, lo que ocasiona una depresión en el nivel de condensado del lado en que se alimenta la cámara, que deja descubierto el sensor, interrumpiendo el circuito eléctrico y en consecuencia el indicador potátil señalará que la trampa está fallando.

La ventaja de este sistema es la interpretación definitiva de la señal, sin recurrir a experiencias o juicios personales. Usando alambres adecuados, los puntos de prueba pueden ser alejados de la cámara, lo que podría ser una ventaja en el caso de trampas a niveles altos o en ductos que no tengan fácil acceso. La desventaja es el costo adicional de este sistema para cada trampa.

3.6.6 Detectores de Fugas por Ultrasonido

Se basa en el principio físico de que un fluido al pasar por un orificio restringido produce vibraciones de frecuencia por encima de la audible o ultrasonidos.

Consiste básicamente (ver Figura 3.14) en una sonda de contacto o receptor de ultrasonidos, un transductor que convierte las señales de ultrasonidos en impulsos eléctricos y 'Cin amplificador, filtros y convertidor de b señal en sonido audible por los auriculares. Además lleva un micrófono direccional que detecta ultrasonidos procedentes del ambiente.

Ventajas: Es muy sensible y puede ajustarse según el tipo de fuga a detectar. Resulta muy útil para inspecciones rápidas.

En trampas de vapor de descarga continua es más fácil determinar si lo que produce el ultrasonido es la descarga de condensado o una descarga de vapor.

Los diferentes tipos de trampas de vapor hacen diferentes tipos de sonido cuando estan en operación. Un operador o técnico puede ser entrenado para reconocer estos sonidos y diagnósticar cuando una trampa de vapor son como sigue:

O Las trampas de cubeta invertida normalmente fallan en la posición abierta, esto da como resultado un sonido continuo similar al del vapor cuando pasa por la trampa, la cubeta también puede ser oída, cuando golpea con el cuerpo de la trampa.

O Las trampas de flotador y termostáticas, normalmente fallan en la posición cerrada. Un pequeño orificio en el flotador de la válvula, hará que el flotador por su propio peso caiga hacia abajo,

3-26 M. ALMANZA

TRAMPAS DE VAPOR

Sonda de contacto

Micrófono direccional

Figura 3.14 Ultrasonidos para detección de fallas en trampas de vapor T -

también un golpe de ariete puede causar que el flotador se colapse, entonces la irampa es defectuosamente cerrada y ningún sonido será escuchado. Alternativamente si la trampa tiene fallas en la posición abierta, un sonido contfnuo como cuando el vapor pasa a través de la trampa será escuchado.

0 Las trampas termodinámicas generalmente fallan en la posición abierta, permitiendo el paso continuo de vapor, si la trampa opera normalmente el detector de ultrasonido puede registrar el sonido del disco en forma cíclica de 4 a 10 veces por minuto.

O Las trampas termostáticas fallan cuando cierran en forma silenciosa, mientras que aquellas que fallan abiertas provocarán un continuo sonido de vapor. En operación normal cl detector ultrasónico será capaz de registrar el sonido del ciclo de apertura y cierre de la válvula.

~~ ~

M. ALMANZA 3-27

TRAMPAS DE VAPOR

3.7 Solución a Problemas en Trampas de Vapor

A continuación se indican guías generales para localizar y corregir algunos problemas en las trampas, y muchos problemas son en los sistemas de vapor, más que en las trampas.

3.7.1 Trampas de Vapor Termodinámicas

Deficiencia Observada Propuesta de Solución

Pierde vapor 1) Limpiar el filtro, el disco y el asiento. Puede haber suciedad

2) Si no mejora, se puede:

- Mandar el purgador al fabricante para reparar

- Rectificar el asiento y disco según indicaciones del fabricante

- Cambiar asiento y disco si el purgador es de asiento recambiable

Desgaste excesivamente

t -

No descarga condensado

Si el fenómeno ocurre con mucha frecuencia en un punto concreto, puede ser:

- L a trampa está sobredimensionada

- La tubería en la que va instalada es de diámetro insuficiente

- Contrapresión excesiva

Puede haber aire acumulado. Esto será más probable si el problema se presenta en los arranques.

1) Verificar la desaereación de la instalación

2) Si no mejora se puede:

- Instalar un eliminador de aire en paralelo

- Sustituir la trampa por otra de cubeta, cerrada con eliminador termostático de aire.

TRAMPAS DE VAPOR

3.7.2 Trampa Termostática de Presi6n Equilibrada

Deficiencia Observada Propuesta de solución

Pierde vapor


1) Verificar si hay suciedad en la válvula interior. Para ello, previamente, aislar la trampa y dejar que se enfrie.

2) Si el asiento está erosionado, cambiar todas las partes interiores.

3) Si no se aprecian defectos en el asiento y válvula, puede haber algún problema en el elemento termostático. Si está suave, es señal de que está roto, si las ondulaciones están algo aplanadas es síntoma de que ha tenido golpes de ariete.

4) Si los golpes de ariete no se pueden evitar, se debe colocar otro tipo de purgador más robusto.

Es probable que el elemento termostático se haya sobreextendido, por una sobrepresión interior excesiva, por sobrecalentamiento o por apertura de la trampa aún muy caliente, y no puede levantar la válvula interior de su asiento. Hay que verificar el funcionamiento y el estado de los elementos interiores.

P -

3.7.3 Trampas de Vapor Termostática de Expansión Líquida

Deficiencia observada Propuesta de Solución

Pierde Vapor


1) Verificar que la válvula y asiento están limpios. En caso contrario eliminar la suciedad.

2) Si hay erosión, sustituir todos los elementos interiores.

3) Verificar que la presión de equilibrio no sea excesivamente alta en comparación con las presiones reales de trabajo. De no ser así, ajustarlo a presiones más bajas, pero comprobando que no se produzcan retenciones excesivas de condensado.

4) Si no reacciona con la temperatura del condensado, sustituir todos los elementos interiores.

Verificar que el ajuste del cierre de la válvula por expansión no se ha realizado a una temperatura demasiado baja.

M. ALMANZA 3-29

TRAMPAS DE VAPOR

3.7.4 Trampa de Vapor Termostática Bimetáiica

Deficiencia observada Propuesta de solución

Pierde vapor 1) Verificar que no hay suciedad ni erosiones en la válvula.

2) Comprobar el ajuste de la tuerca de unión entre la válvula y el bimetal.

3) Si no se soluciona el problema, cambiar todos los elementos internos.

No descarga condensado Es probable que la trampa esté descalibrada o tenga obstrucciones en la válvula o filtro.

3.7.5 Trampa de Vapor de Flotador


Pierde vapor


1) Comprobar que no está obstruido o sucio el cierre en la válvula y el termostáto.

2) Verificar que la válvula antibloqueo por vapor, si existe, no haya quedado exceshmente abierta.

3) Comprobar que la palanca que está unida a la válvula no está desalineada,

4) Verificar que el flotador puede descender hasta la posición más baja sin rozar con el cuerpo de la trampa.

5) Comprobar el funcionamiento del elemento termostático como se hace en las trampas termostáticas.

1) Comprobar que el flotador flota (no está agujerado) y está en perfecto estado.

2) Verificar que la presión diferencial máxima nominal de la trampa no es inferior a la real de funcionamiento.

3) Verificar el tamaño y diámetro del asiento de la válvula y que el caudal de condensado a descargar es admisible.

TRAMPAS Di< VA) ili -u- > ~-

4) Comprobar que no hay golpes de ariete.

5) Verificar el funcionamiento del purgador de aire J’ I I

antibloqueo por vapor, si existen.

3.7.6 Trampa de Cubeta Invertida


Pierde vapor

f, .


1) Comprobar el funcionamiento del sello de ‘w! .CIA, it

trampa, esperar que se acumule condensado y jmlieii (te nuevo en servicio.

2) Si el sello funciona bien, las causas del problema w4en ser: vapor muy sobrecalentado, fluctuaciones fuertes It- presión e instalación defectuosa de la trampa, que hciL II que el condensado salga por gravedad. Instalar una vdvula de retención antes de la trampa.

3) Si la pérdida de vapor persiste, comprobar (rile im hay suciedad o erosiones en la válvula y/o palanca.

4) Sustituir, si es preciso, la válvula, el asiento y la iz:il;lci~a.

5) Comprobar el estado de la cubeta. Si está desalimdi! indica golpes de ariete.

6) Si hay golpes de ariete, buscar la causa y elimiirrti l:i

1) Verificar que el orificio de la cubeta para eliminar el aire no está obstruido.

2) Comprobar que la presión diferencial máxima nomin7ii de la trampa no es inferior a la real de funcionamiento ii esto ociirre, cambiar el asiento de la válvula para que ésta pueda abrir.

3) Comprobar que el caudal de condensado a descargar es admisible

M. ALMANZA 3-3 1

TRAMPAS DE VAPOR

3.8 RECOMENDACIONES GENERALES

Cada trampa debe ir precedida por un filtro, el que retendrá las impurezas sólidas que puedan obstruir los orificios y mecanismos de la trampa.

L o s filtros pueden ser de varios tipos, siendo los más frecuentes de tipo "y" y los de tipo "T", éste último para tuberías de diámetros grandes.

Debe de instalarse válvulas de compuerta antes y después de la trampa.

Si el condensado es descargado a una altura sensiblemente mayor que la trampa, deberá instalarse una válvula de no retorno (check).

Se debe procurar que el condensado drene por gravedad a la trampa, por lo que la tubería deberá tener un declive hacia el lado de entrada.

Siempre que sea posible debe instalarse un brazo o pierna colectora en posición vertical antes de la trampa, para que actúe como depósito de alimentación del condensado y de las impurezas. La instalación debe realizarse en un punto accesible para su revisión y mantenimiento. El diámetro de la pierna colectora debe variar entre 1 y 1.5 el diámetro de la tubería y no menor de 8 pulgadas.

Para el caso de las trampas de cubeta invertida deben instalarse en un nivel superior a la línea para evitar la pérdida de su sello. Además deben de iniciar su operación abriendo lentamente la válvula de descarga, hasta que el condensado llene su cuerpo.

Se recomienda'lque los filtros lleven su válvula de purga, por que los tapones tienden a pegarse con el tiempo.

Se recomienda la instalación de venteos para los casos en que existan grandes volúmenes de aire a eliminar.

Es recomendable que se instale una mirilla después de la trampa para detectar el buen funcionamiento del purgador de condensado.

Debe de instalarse una trampa de condensado cada 150 metros, para el caso de calentamiento supervisado y cada 60 metros, para cuando el calentamiento es libre y sin control. El factor de seguridad de la acumulación del condensado es de 2 para tubería aislada y de 4 para tubería sin aislamiento.

Es importante considerar que debe tener un buen dimensionado la tubería de retorno de condensado, la cual se obtiene a partir de considerar una velocidad razonable, aproximadamente de 150 m/min. Lo anterior es con el fin de evitar una sobrepresión y un deterioramiento de la tubería.

La ecuación para encontrar la velocidad del condensado y de esta manera checar si el diámetro de la tubería es el adecuado es la siguiente:

3-32 M. ALMANZA

3.06 W V, (hp - h,) d2L,

V =

1

2

(3.3

cubeta invertida 15/DIC/89 bien escape de vapor iirn,; c1

termodinámica 1S/DICl89 bien bien cambio de d i ~ o 112 plg linii), 2 I !el

112 plg limpieza de filtro

i l l ro

donde: V = W = d = 4= h, = V, = L, =

Velocidad del condensado en pieslmin Caudal de condensado en lbh Diámetro interior de la tubería en pulgadas Entalpía del condensado a la presión de entrada en Btu/lb Entalpfa del condensado a la presión de la lfnea de retorno Volumen específico del vapor a la presión de la línea de retorno en pie3/lb Calor latente del vapor a la presión de la línea de retorno, en Btu/lb

3.9 Mantenimiento de Trampas de Vapor

Un buen mantenimiento de trampas de vapor debe hacer que la instalación de vapor funcionc eficientemente, además de que sea sencillo de aplicar.

n "ta y

Por lo tanto, siempre que sea posible, se debe aplicar un programa de mantenimiento p e r h i ( i que programe una revisión que consista en la limpieza de filtros y la sustitución de las partes interii.. los equipos que se encuentren desgastadas.

La limpieza de filtros se debe efectuar más de una vez al año, sobre todo si son instalacioii * \ . 'i 'as o si se han efectuhdo reparaciones.

Es aconsejable disponer de un número mínimo de piezas de repuesto y otros elementos qur 1 rrnitan efectura un cambio rápido, de una trampa de vapor o alguna de sus piezas, cuando ello sea ne drio.

También es recomendable, principalmente por llegar a diagnósticos reales, contar con un histw L'I Je los problemas más frecuentes que ha tenido cada trampa de vapor o por instalaciones. Para ello es iriirwrtante llevar un registro como el mostrado en la Tabla 3.10.

Tabla 3.10 Registro Recomendado para Llevar el Control de las Trampas de Vaprir

11 POSICION 1 TLPOY TAMAÑO I INSTALACION I Enero 1 Febrero I Mara; 11

M. ALMANZA

~~

3-33

TRAMPAS DE VAPOR

En la Tabla 3.11 se presentan resumidas las aplicaciones prácticas de las trampas de vapor.

Tabla 3.11 Aplicaciones de las Trampas de Vapor

APLICACIONES Tuberías de vapor

separadores tramos horizontales finales de línea ramales a equipos

Calentamiento de tuberías

líneas de acompañamiento (tracing) tuberías encamisadas

Tanaues de almacenamiento

serpentines para tanques intercambiadores de flujo saliente intercambiadores de línea tanques de grandes dimensiones

Depósitos y recipientes

depósitos con descarga de condensados por elevación depósitos con descarga de condensados de gravedad

t -

Calderetas de doble fondo para procesos industriales

calderetas fijas calderetas fijas (variante) calderetas basculantes calderetas basculantes (ciclo extra-rápido)

la OPCION VARIANTES

TD TD TD + AV TD

SM SM

IB+AV

IB+AV Fr

IB+AV

TD

Fr

IB IB IB+AV FT,IB,BP

TD,BP TD,BP

Fr IB+AV

TD +AV

m,BP,IB

TD,BP,IB

TD+AV,BP

CLAVES

FT (float tarp): trampa mecánica de flotador con eliminador termostático de aire incorporado. FT (SLR)(SLR = steam-lock-release): trampa de flotador con dispositivo antibloquec-vapor. FT (SLR+TV): trampa de flotador con dispositivo antibloqueo vapor y eliminador termostático de aire. TD: trampa termodinámica 1B: trampa mecánica de cubeta invertida BP: trampa termostática de presión equilihrada CM: trampa bimetálica AV: Eliminador termostático de aire

Fuente de las claves: Manual de EfEiencia Energética Térmica en la Industria CADEM.

3-34

___

M. ALMANZA

PERDIDAS DE CALOR DE LOS SISTEMAS DE VAPOR

CAPITULO 4

PERDIDAS DE CALOR DE LOS SISTEMAS DE VAPOR * -

M. ALMANZA

1 4 7 8 4 2


Es práctica común reducir las pérdidas de calor de los sistemas de vapor, mediante la instalación de aislamientos térmicos y evitar las fugas de vapor. Con ello se logran ahorros substanciales de energía en las plantas, además que el aislante puede ser aplicado rápida y fácilmente sin interrumpir una operación o proceso y la reparación de fugas se debe corregir en un corto tiempo.

Para reducir las pérdidas de calor, muchos tipos de aislantes con propiedades y rangos de temperatura diferentes, se ofrecen comercialmente, ocasionando que los costos varíen ampliamente, razón por lo que es necesario que antes de seleccionar un aislante sean considerados los siguientes puntos:

e Propiedades térmicas del aislamiento a la temperatura de operación

e Propiedades mecánicas y susceptibles a peligros mecánicos

e Resistencia al fuego

e Resistencia al agua, químicos, aceite y otros materiales

e Costo de compra y costo de instalación

Los datos para un aislante, normalmente son proporcionados por el fabricante, no obstante, en la Tabla 4.1 se presentan algunos datos típicos de los materiales más comúnmente usados.

Tabla 4.1. Ejemplos de Materiales Aislante

(1) a 200°C (2) a 600°C (3) a 20°C

M. ALMANZA 4- 1

PERDIDAS DE CALOR DE LOS SBTEh4AS DE VAPOR

El efecto del aislamiento en la reducción de las pérdidas de calor puede ser estimado usando varias , ecuaciones para transferir calor por conducción, convección y radiación, sin embargo, este manual no

cubrirá los aspectos teóricos de las pérdidas de calor, por enfocar un método simplificado.

4.2 PERDIDAS DE CALOR DE TUBERIAS SIN AISLAR

Las pérdidas de calor en tuberías horizontales sin aislar, se presentan en la Tabla 4.2. Estos datos pueden ser utilizados para estudiar las pérdidas de calor en las tuberías de vapor y condensado en una fábrica, en donde no se halla aplicado aislamiento. Como una guía aproximada, se debe de considerar que el aislamiento solamente puede ser económicamente justificado, cuando se reducen las pérdidas de calor por lo menos en un 90%.

Usando la Tabla 4.2 y conociendo el costo por metro de tubería aislada, puede hacerse fácilmente una estimación aproximada de la viabilidad económica para aislar una tubería. Es importante aclarar, que los datos de la figura están basados en temperaturas de aire ambiente a 20°C, pero no esta considerado la velocidad por viento, siendo necesario que cuando prevalezcan condiciones de viento, sean considerados los datos de la Tabla 4.3, en la que se muestran factores, para estimar el efecto de la velocidad del viento, sobre las pérdidas de calor.

El costo del aislamiento, puede ser comparado con el vapor de 90% del calor que está siendo perdido por la tubería sin aislar, si el tiempo de recuperación es razonable, una evaluación más detallada para proponer aislamiento será justificada. Cuando se tienen tramos cortos de tubería sin aislar y éstas presentan una recuperación detectada rápidamente, no es necesario hacer una investigación detallada.

Es práctica comtín aislar unicamente los tramos de tubería rectos, dejando sin aislar, las bridas y válvulas que se localizan en el recorrido de la tubería, esto generalmente se hace por las siguientes razones: La falta de aislamiento permite tener fácil acceso a la brida, también son detectadas fácilmente las fugas, evitando el goteo que puede corroer los pernos de la brida. Sin embargo, las bridas sin aislamiento significan una pérdida significativa de calor, y las válvulas al tener una área superficial más grande, pierden más calor. Razón por lo que es recomendable que toda la tubería se encuentra aislada.

4-2

~~~ ~

M. ALMANZA

PERDIDAS DE CAI .OR DE LOS SISTEMAS I >I< VAPOR . -.

Tabla 4.2. Pérdidas de Calor de Tuberías sin Aislamiento (kJ/hm)

Velocidad del viento

Aire fijo

5

10

14

19

26

Dif. de Temp.

Tamaño del Tubo (pulgadas)

0.75 1 .o0 1.25 1 S O 2.0 2.5 3.0 ("C) 0.5

- Pérdidas relativas de calor

1 .o

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

-. r "

_ _

3,915

130 315 419 524 67 1 839 1,049 1,363 1,678 2,097 I 150 391 522 652 a35 1,044 1,305 1,696 2,088 2,6 1. O

180 524 699 874 1,118 1,396 1,748 2,272 2,796 3,495 5,243

Tabla 4.3. Efecto de las Velocidades del Viento en las Pérdidas de Calor

II 34 I 4.0 II

Las válvulas, bridas y accesorios se pueden aislar con casquetes prefabricados y ser fácilmente desmontables de varias partes. Los casquetes se sujetan por medio de abrazaderas de cinta metálica con cierre de palanca para facilitar su montaje y desmontaje. Ver Figura 4.1.

Las pérdidas de calor de las válvulas sin aislar, pueden ser estimadas considerando una pérdida equivalente, a la que tendría lm, de tubería del mismo diámetro sin aislar. Las p6rdidas de: 1 , i j 4 a s sin aislar, son equivalentes a 0.5m de tubería del mismo diámetro sin aislar.

4-3 b i MANZA


Figura 4.1 Aislamiento de injertos, recubrimiento de chapa

M . ALMANZA 4-4

PERDIDAS DE CALOR DE LOS SISTEMAS L l r VAPOR

A continuación se presenta un ejemplo en donde se resalta el uso de la Tabla 4.2.

Ejemplo 4.1

Una tubería de 150 mm de diámetro (6 pulg) y 100 m de longitud se encuentra sin aislamiento. La tubería tiene una temperatura en la superficie de 150°C. La temperatura es de 20°C, la tuberia opera las 24 horas. Se propone aislar la tubería con secciones de fibra rígida prefabricada con espesor de 58 mm (2 pulg) con un costo estimado de N$ 9,160, la caldera opera a 75% de eficiencia, quemando combustóleo con un costo de N$ 235.,00 /t, y con un poder calorífico de 10,115 kcalíkg. ¿Cual será e’ tiempo de recuperación para este aislamiento?.

Solución:

Las pérdidas de calor se obtienen de la Tabla 4.2, teniéndose:

Ahorro de calor = 3,146 - 315 = 2,831 H/hm

Ahorro total en toda la tubería = 2,831 H/hm x 100 m = 283,100 kJ/h

= 283,100 H/h x 0.2388 Kcal/kJ x 24 h/día

= 1,622,503 Kcal/día

En términos del combustible de la caldera = 1.517.000 = 2,163,337 Kcalldía 0.75

t -

Costo equivalente del combustóleo = N$ 235.00 1,000 kg/t x 10,115 Kcal/kg

= $ 2.32 x 10” N$/Kcal

Costo de la pérdida de calor = 2,163,337 Kcalídía x 2.32 x 10.’ N$/Kcal = 50.19 N$ldía

Tiempo de recuperación = N$ 9.160 = 183 días x I año = 0.5 años N$ 50.19/día 365 días

4.3 PERDIDAS DE CALOR DE TUBERIAS AISLADAS

4.3.1 Materiales de Aislamiento

La importancia del aislamiento como medio par reducir la transmisión de calor se observa en la Figura 4.2. En ella se aprecia la enorme diferencia de pérdidas de calor de las tuberías sin aislar calientes, en comparación con las que están adecuadamente aisladas.

M. ALMANZA


Un buen aislamiento proporciona fundamentalmente ahorro de energía, pero también ofrece otras venta-jas como:

o Reducir de las pérdidas de temperatura no deseada en las líneas de vapor recalentado.

o Asegurar unas condiciones de trabajo confortables en las proximidades de los equipo y tuberías.

Existen una gran variedad de materiales de aislamiento que se utilizan según el tipo de superficie sobre el que se aplica y el rango de temperaturas. En la Tabla 4.4 se indican las principales características de los aislamientos más utilizados, no obstante la literatura de los fabricantes debe ser siempre consultada para determinar las propiedades y comportamiento de sus productos.

3-6 M. ALMANZA


13,l

12.0

10.9

9.8

8.7

7,6

6.5

5.4

4;3 '

3,2a

2.1 '

1 . fuberli ilrlidi con manta de i d e n t o

... I I I I I I I I I I 8 I I I I b I I I I

28 55 a4 112 140 168 196 224 252 280

Dlferencia de tmperaturr en 'C entre Ir tuberla y el ambiente

Figura 4.2 Pérdidas de calor para superficies de tuberías aisladas y sin aislar

4-7 M . ALMANZA

PERDIDAS DE CALOR D E LOS SISTEMAS D E VAPOR

Espuma de uretano

Mantas de fibras de vidrio

Hojas elastoméricas

Planchas de fibra de vidrio

Tabla 4.4. Características de Algunos Aislante y Posibles Aplicaciones

- 167 a 107 0,014, a 0,018 33 depósitos y recipientes

- 167 a 232 0,022 a 0,076 10 a 50 enfriadores, depósitos (calientes y fríos), equipos procesadores

- 4 0 a 104 0,032 a 0,034 7,5 a 100 depósitos y enfriadores

ambiente 0,029 a 0,045 27 a 100 calderas, depósitos e intercambiadores de calor

Tipos de aislamientos conductividad

temperatura "C m2/m)

Planchas y bloques de silicato calcio

Bloques de fibra mineral

Aplicación

~~~~~

232 a 650 0,028 a 0,075 100 a 170 forros de calderas, cajas de humos y chimeneas

hasta 1.030 0,046 a 0,114 385 calderas y depósitos

Bloques de vidrio celular

Mantas envolventes de fibra de vidrio

~~~~~

- 212 a 260 0,025 a 0,095 115 a 160 depósitos y tuberías

- 84 a 285 0,19 a 0,068 10 a 50 tuberías y accesorios para ellas

Piezas prefabricadas de fibra de vidrio

Membranas de fibra de vidrio

Piezas prefabricadas y cintas eiastoméricas *a

- 51 a 230 0,28 a 0,048 10 a 50 tuberías calientes y frías

- 100 a 370 0,026 a 0,048 10 a 50 tuberías y accesorios para ellas

- 4 0 a 104 0,032 a 0,034 75 a 100 tuberías y accesorios para ellas

Camisa de fibra de vidrio con barrera de vapor

~ ~~~~ ~

líneas refrigerantes, líneas para temperatura doble, líneas de agua enfriada, tuberías de combustóleo

- 28 a 65 0,025 a 0,040

Camisa de fibra de vidrio sin barrera de vapor

Bloques y planchas de vidrio celular

Bloques y planchas de espuma de uretano

11 Bloques de lana mineral I 454 a 980 I 0,045 a 0,1 14 I 184 a 260 I tuberías calientes

hasta 260 0,025 a 0,040 25 a 50 tuberías calientes

21 a 65 0,014 a 0,018 115 a 160 tuberías calientes


Piezas prefabricadas de fibra mineral

Mantas de fibra mineral

Fibras de vidrio; camisas de aplicación en obra para líneas al aire libre

4-8 h4. ALMANZA

hasta 650 0,030 a 0,08 134 a 165 tuberías calientes

hasta 760 0,033 a 0,711 134 tuberías calientes


Bloques de silicato calcio 650 a 980 0,042 a 0.091 165 a 230 tuberías caliente

PERDIDAS DE CALOR DE LOS SISTEMAS DE V +t"uR P ni-

Todos los nuevos productos de aislamiento deben ser de asbesto, debido a que las fibras prewidi. \e ' f-s problemas para la salud.

4.3.2 Espesor Económico del Aislamiento

Circunstancias individuales de la planta se deben de tomar en cuenta para calcular la cantidad \e aislamiento que puede ser justificado económicamente. Cada planta tendrá diferente combustible y w r consecuencia diferente costo de aislamiento, y diferente eficiencia de su caldera.

Uno de los factores fundamentales en la eficacia del aislamiento es su espesor. Para la obtención 0 *1 espesor óptimo se ha de buscar el costo total mínimo, que es la suma del costo de instalación y del L*o' 10

de operación. Ver Figura 4.3.

La curva de costos de operación de aislamiento es función de las pérdidas de calor, el costo del i x a p , r y las horas de utilización anual de la instalación. La curva de costos de instalación tienen en cuentx la inversión inicial, la vida útil y los gastos de mantenimiento del aislamiento.

En las Tablas 4.5 y 4.6 se indican los espesores mínimos aproximados que se utilizan para conderisddo y vapor en general; cuando se usa silicato de calcio y lana mineral.

El método para evaluar los proyectos de aislamiento, basado en tiempos de recuperación es como sigtie:

O determinar el costo de aislamiento para diferentes espesores

O Determinar la pérdida de calor, de la literatura suministrada por el fabricante, para cadd 1. <. P de aislamiento.

O Calcular el ahorro de energía correspondiente, tomando en cuenta la eficiencia de la caldera y el costo del combustible,

O Calcular el tiempo de recuperación para el nivel más bajo de aislamiento y compararlo con el criterio de la fábrica.

O Si el tiempo de recuperación para el nivel más corto, que el que requiere la fábrica, calcule el costo incremental para el próximo nivel y el calor incremental correspondiente de 4iorro. Completar el tiempo de recuperación y compararlo con el requerimiento de la fábrica.

O Si el tiempo de recuperación incrementado es mejor que el requerido por la fábrica, se I %nite el procedimiento para el espesor siguiente. hasta que el tiempo de recuperación incremeriial sea similar al requerido por la fábrica. El incremento que se acerque a los requerimientos es aceptable y representa el espesor económico del aislamiento.

M. ALMANZA 4-9


ESPESOR AISLAMIENTO (mrn) * >.

Figura 4.3 Espesor optimo de aislamiento térmico

El siguiente cálculo puede ser desarrollado, usando la tasa interna de retorno (TIR) como criterio asentado por administración: en lugar del tiempo de recuperación la TIR inicial y la TIR incremental deben ser calculadas usando una técnica de flujo de cambio discontinuo, basado en un tiempo de vida proyectado.

Otros métodos utilizados para establecer el espesor económico de un aislante, son dados en los siguientes reportes:

e Espesores económicos de aislamiento industrial, apunte 46, 1976, disponible en la oficina de imprenta del Gobierno de Estados Unidos de América, Washington, D.C. 20402.

O Los espesores económicos de aislamiento para tuberías, libro de Eficiencia de Combustible KO. 8, UK Departamento de Energía, casa sur Thames, Londres Swip 4 QJ. Inglaterra.

4-10 hl. ALhfANZA

PERDIDAS DE C.4LOR DE LOS SISTEMAS DE VAPOR ---_ Tabla 4.5. Aislamiento con Silicato Cálcico

M . ALMANZA


~

20 30 40 50 60

20 30 40 50 70

20 30 40 50 70

20 30 40 60 80

Tabla 4.6. Aislamiento con Lana Mineral

~~~

200 300 400 500 600

200 300 400 500 600

200 300 400 500 600

200 30 400 500 600

Tamaiío de la tuberia

Tamaiío de la hiberia

Espesor de aisiante

~~

Límite de temperatura

("C)

200 300 400 500 600

Espesor del L i t e de aisiante temperatura ímm)

1" Y

menor

30 40 60 80 110

8"

1 112" 200 300 400 500 600

30 40 60 80 I20

10"

2" 200 300 400 500 600

30 40 60 80 1 20

12"

3" 200 300 400 500 600

30 40 60 90 130

14" hasta 24 "

4"

%

mas de 24" (6 mm)

diámetru exterior

y equipo que no sean

recipientes

200 300 400 500 600

30 40 60 80 110

200 300 400 500 600

30 40 70 100 130

6" 30 40 60 80 110

200 300 400 500 600

recipientes de 24" de

diámetro exterior y mayores

200 300 400 500 600

30 40 70 loo 130

4.4 RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO

4.4.1 Recubrirnien tos

Los recubrimientos de aislamiento ya instalados en tuberías, de cartón alquitranado y venda tienen una vida de servicio de unos 5 a 10 años. No pueden utilizarse de nuevo después de una modificación de tuberías. No tienen resistencia al fuego. Se deterioran muy rápidamente en atmósferas corrosivas. Requieren mantenimiento frecuente.

PERDIDAS DE CALOR DE LOS SISTEMAS ))I, VAPOR

Diámetro del Agujero (mm) /I

-

4.4.2

-

-

4.5

Flujo de Vapor ( W h )

Los recubrimientos del aislamiento ya instalados en tuberías de lámina de aluminio son I , c A 5 caros que íos de venda. Se pueden utilizar de nuevo. Son fáciles de instalar. Prácticamente su 0 ,iración es indefinida cuando se coloca una adecuada barrera contra l a humedad, requiere p o c ~ j tiingún mantenimiento.

1.5

Ins taiación

14

7 kg/h

6

Antes de la aplicación del aislamiento se debe limpiar cuidadosamente las super 1 I C

de toda materia extraña y herrumbre. mctálicas

3 .O

4 5

6.0

Dentro del aislamiento se colocarán flejes distanciadores con objeto de sujetar el c vestimiento exterior y mantener un espesor homogéneo del aislamiento.

126

24

54

96 224

La colocación del recubrimiento de protección se hará de manera que quede firme y sea duradero. Se emplearán solapas amplias para evitar paso de humedad al aislamiento. En tuberías situadas a la intemperie, las juntas verticales y horizontales se protegerán con un sellador adecuado.

PERDIDAS DE CALOR POR FUGAS DE VAPOR

Cuando la tubería se daña por corrosión, algún golpe o en los empaques o juntas, se pueden presentar fugas de diferente magnitud. Dichas fugas deben de repararse lo antes posible, ya que provocnn perdidas de vapor, combustible y finalmente dinero. La magnitud de las pérdidas está en función directo del tamaño de la fuga y la presión a i i l CIM < t \ tenga el vapor en tubería.

La cantidad de vapor perdido se puede en forma práctica estimar, mediante el empleo de l a I'abi,: 4.7.

Tabla 4.7. Pérdidas Aproximadas de Vapor por Fugas

M. ALMANZA 4-13


O bién, se pueden obtener los valores estimados de dichas pérdidas mediante la fórmula:

Q = K x DZ x J(P2 + P)

siendo Q = Caudal de vapor fugado (kgíh) D = Diámetro del orificio (mm) P = Presión manométrico del vapor (kg/cmz) K = Coeficiente (0.25 - 0.45).

La evaluación respecto al ahorro por la rápida reparación son muy variados, ya que pueden presentarse desde pequeñas fugas por corrosión hasta una ruptura del tamaño del radio de la tubería y que los costos de reparación deben de cargarse a los gastos normales de mantenimiento.

4-14

~~

M. ALMANZA

EJEMPLOS

CAPITULO 5

EJEMPLOS DE AHORRO DE ENERGIA '. .

M. ALMANZA

1 4 7 8 4 2

Diámetro de la fuga (pig)

1 /a

114

ai MPLOS

EJEMPLO DE AHORRO DE ENERGIA NO1

Caudal de Vapor a una Presión Caudal de Vapor a una Presión I de 50 pig (kgh) de 250 psk (kgh) .

3 .E0 17.21 I -̂ 11

7 .W 34.43

5.1 ELIMINAR FUGAS DE VAPOR EN TODA LA PLANTA

314

5.1.1 ANTECEDENTES

~~

40.46 103.28

Eliminar las fugas de vapor en líneas de distribución y en equipos consumidores, es una (Lb lar adones más evidentes para ahorrar energía, sin embargo en la planta se presta poca atención para elill. b A i s , esto puede deberse a que no se conoce el costo económico que implica cada fuga. En la planta SÉ tf, Alisaron 33 fugas de vapor, siendo la mayoría de 1/8" y 114".

5.1.2 BENEFICIOS

El ahorro total al aplicar esta medida se estima en N$ 169,365.18 anuales.

A continuación se muestra en forma de tabla la cantidad de vapor perdido y el costo de cada fuga de vapor dependiendo del diámetro y la presión de operación.

Para conocer la cantidad de vapor que escapa por un orificio, hay que hacer intervenir la scccih del orificio, para el vapor se tiene la siguiente expresión cuando el orificio descarga a la a tmósf~~~a:

Q = K d2 [P(P + 1 )]'"

Q = d = Diámetro del orificio (mm) P = Presión manométrica del vapor (kg/cm2) K = 0.3

x. -

Caudal de vapor que sale por el orificio (kg,lh)

En la planta se distribuye el vapor a 250 psig (17.58 kg/cm2) y 50 psig (3.515 kg/cm2) sustituyendo estos valores en la formula anterior se obtuvo la Tabla 5.1.

Tabla 5.1 Caudal de Vapor que Escapa a la Atmósfera

113 15.17 68.86 11 I'

M. ALMANLA 5-1

WEMPLOS

Diámetro de la Fuga (pig)

El costo promedio de una tonelada de vapor en la planta es de N$ 20.00.

Costo de una Fuga de Vapor a una P&6n de 50 pig (N$/rnes)

Costo de una Fuga de Vapor a una Presión de 250 psig

(h’$lnies)

Las pérdidas económicas por mes y año de una fuga de vapor se muestran en la Tabla 5.2.

118

Tabla 5.2 Costo de las Fugas de Vapor

54.72 247.82

114

112

109.30 495.79

218.45 991.58

Diámetro de la Fuga (Pip)

II 314 I 582.62 I 1.487.23 II

Número de Fugas Costo de Estas Fugas eu u11 Mes Cgsto de Estas Fugas en un Mes a la Presión de 250 pig 50 pig 250 psig a la Presión de 50 psig

El número de fugas identificadas en la planta, para las dos diferentes presiones se muestran en la Tabla 5.3.

Tabla 5.3 Fugas de Vapor en la Planta

118

114

112

6 10 328.32 2,478.20

10 5 1,093.00 2,478.95

1 218.45

TOTAL

314 1 - 1 1 1 I 1,487.23

1,639.77 6,444.38 I ~

El total del ahorro es de N$ 8,084.15 .

Los ahorros de energía se obtiene de una forma similar considerando la entaipía del vapor a 50 psig y 250 psig y la cantidad de vapor desperdiciando, dando un total de 4.3512 x IO9 kcal/año.

5.1.3 COSTO DE INVERSION

5-2 >l. AI,MAh%A

EllEMI'LOS

La inversión consiste en la compra e instalación de empaques, válvulas y tramos de tubería dañados.

La inversión es de N$ 15,OOO

Cabe hacer notar que estos gastos caen dentro del presupuesto del departamento de mantenimiento de cada planta, por io que se podría considerar como una inversión presupuestada y no es adicional a io que se tiene programado.

5.1.4 RENTABILIDAD FINANCIERA

El tiempo de retorno del la inversión es de

= (Costo de las reparaciones)/(Ahorros anuales)

= N$ 15,000.00/8,084.15 N$/mes = 2 meses

5.1.5 CONTEXTO TECNICO

La aplicación de esta medida debe efectuarse tan pronto sea posible, considerando los efectos sobre la producción, es decir, que se tenga en cuenta la influencia de la s pérdidas por la fuga del vapor y las variaciones en la producción por la fuga y por la influencia de reparar la misma.

M. ALMANZA 5-3

EIEMPLOS

Presión ,

250


Diámetro Long.EquiV. Carga de Condensados (m) kglhm

16 1,295 0.981

5.2 INSTALACION DE TRAMPAS DE VAPOR

250

50

50

5.2.1 ANTECEDENTES

14 3,310 0.8705

16 1,295 0.6155

14 1,800 0.5464

Actualmente no se tienen instaladas trampas de vapor en las líneas de distribución, lo que provoca mayores pérdidas de presión y disminución en la eficiencia de los equipos. Además, se debe de recuperar ese condensado para utilizarlo como agua de alimentación de las calderas, pasando previamente por el desaerador para liberarle de los gases incondensables que se encuentran mezclados.

5.2.2 BENEFICIOS

Los beneficios totales ai aplicar esta medida de ahorro son de N$225,OOO anuales. Se lograrán recuperar 5,932 k g k de agua caliente, que no requiere más tratamiento para alimentarse a las calderas que el de liberarle los gases incondensables. Además de que se encuentra aproximadamente a 90°C y no requiere calentarse, ahorrando 3,378,460 Mcal/año.

Si se considera la longitud equivalente de cada línea de vapor se tiene:

Tabla 5.4 Carga de Condensados en Líneas de Vapor

TOTAL

Fiujo de Condensados 41 984 II

Esta carga de agua se le multiplica por el costo del condensado, resultó entonces de N$ 225,457.60 anuales, al considerar el costo del condensado a 4.3387 N$/ton.

El costo del condensado se considera como el costo de elevar la temperatura al agua desde 25°C hasta 90°C. Se tiene eficiencia de 75.3% y el costo del combustible para dicho calentamiento, que es de N$O.O2388/Mcal. Además se le añade el costo del agua que se está recuperando, siendo de alta calidad, a un costo de N$ 2.278/m3. Entonces se tiene :

60.015 Mcal/m3 (0.02388 N$/Mcal) + 2.278 N$/m3 = 4.181 N$/m' 0.7534

5-4

~

M. ALMAhZti

- "I- lll_ . .. A- - ---

= 4.181 N$/t x 5.932 t k x 8,400 h/año = N$208,334.20/año

5.2.3 COSTOS DE INVERSION

La inversión requerida es de N$ 163,500.00; la cual se debe a la instalación de 21 1 i,. Lip0

termodinámicas con un costo unitario de N$ 750.00 /trampa.

Además, se requiere de la instalación de la tubería para el retorno de los condensados. Se costo de la tubería sea de aproximadamente N$ 150,000.00; por lo tanto, el total de la ,I

N$ 313,500.00.

:(>e el . de


El período de recuperación se calcula en :

Costo del Eauipo Instalado = N$ 313.500.00 = 1.39 años Ahorros Anuales 225,457.60 N$/año


Para la recuperación del condensado y utilizarlo en las calderas se debe de contar con urñ que ya se encuentra instalado actualmente. Para este sistema se recomienda el empla termodinámicas.

+reador, rampas

5.2.6 PLAN DE ACCION

Conforme se realicen los paros de mantenimiento a las diferentes áreas es como se puede instalación de las trampas de vapor. Esto es previa cotización y selección de la trampa adeciiai! 1 . línea.

. i i i w la 1 . ada


5.3 AISLAR LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE CONDENSADO

Tmir

condensado

5.3.1 ANTECEDENTES

- h Tl'lQ Rtidai.8 eadw cdidd .vsma Ahmu Ahmu bJ o 0 T.ip (i==.Cl 0 w=3 (Ns/ióD)

2 4.5 83 31,138.6 3,701 3 82,312.8 721,060 21,270

&=w OQm

Los tanques se encuentran actualmente sin aislamiento, lo que implica pérdidas de calor por este concepto.

Las paredes de los tanques se encuentran a la temperatura de 83°C con 4.5 m de altura y 2 m de diámetro.

En otra área, se tienen tanques de recepción de condensado, con la temperatura en la superficie de 80°C. Esos tanques tienen dimensiones de 2 m de altura por 1.5 m de diámetro.

5.3.2 BENEFICIOS

Por concepto de aislar los tanques se obtiene un ahorro de N$46,OOO.OO anuales, y 1,579,856 Mcal/año.

Este ahorro se obtuvo a partir de los datos de la Tabla 5.5.

Tabla 5.5 Ahorros por Concepto de Aislar los Tanques

En la tabla anterior se consideró:

Temperatura ambiente: 26°C Temperatura de la superficie con el aislamiento: 36°C Horas de operación por año 8,760 Costo de la energía del combustible 23.6 $/Mcal Costo de energía incluyendo eficiencia de calderas de 80% 29.5 $/Mcal

5.3.3 INVERSION

Tanque para:

Condensado

La inversión corresponde al aislamiento del tipo colcha pespuntada CP-96, con un costo de N$29.9hti para el caso de una pulgada de espesor y dimensiones de 0.61 x 2.44 m.

El costo por aislar cada tanque está de acuerdo a la Tabla 5.6.

Superficie Cantidad Inversi6n por tanque Inversicm ím’) (N$) (h%i

31.4 3 3,454.00 11 ,c ’ o0

Tabla 5.6 Costo del Aislamiento para los Diferentes Tanques

Condensado en plantas A, B, C Y D

Cond. Barométrico plantas A y B

Cond. Barométrico plantas C y D

Total

11.2 9 1,232.00 11 ,Oh< O0

11.2 I 1,232.00

12.1 2. 1,330.00


La rentabilidad es:

25,342.00 N$ / 46,080.00 N$/año = 0.6 años


Se evaluaron los ahorros en función del costo del condensado y el ahorro en gas natural que implica incrementar la temperatura del agua hasta 90°C. Pero si este valor varía, los ahorros mohir ridos serían directamente modificados. El valor de ajuste del nuevo ahorro se puede calcular en función del ‘ iuevos precios.


La implementación de esta medida requiere de aproximadamente 9 semanas. Para emprender esta inedida se debe de actualizar el precio del aislamiento y la instalación.

M. ALMANZA 5-7

EJEMPLOS

a)

b)

c) Instalar el aislamiento

Cotizar el aislamiento y la instalación

Compra y autorización de la inversión

TOTAL

Duración Semanas

2

4

9

5-8 hl . A LM AN% A

~~ ~


5.4 INSTALAR AISLAMIENTO EN LINEAS DE DISTRIBUCION DE VAPOR Y RF DE CONDENSADO

OR%(>

5.4.1 ANTECEDENTES

Se debe de instalar el aislamiento en las líneas de vapor de 250 y 600 psig; instalar aid, tubería de retorno de condensado.

1 Fa

Las líneas de distribución de vapor deben de contar con el aislamiento correspondíentc disminuyan las pérdidas de calor. Al no estar aislado correctamente, el calor, se pierde'po. de temperaturas que se presenta entre el tubo de acero y la temperatura ambiente.

, que i cnicia

Se consider6 la temperatura ambiente de 26"C, por ser el valor promedio anual de la plant?

Las pérdidas de calor presentes en las válvulas y codos también fueron consideradas en I

estudio. vente

EJEMPLOS

Tabla 5.7 Pérdidas de Calor Presentes en las Líneas de Distribución de Vapor y Condensado

Diheíro pis

12

Accesono Cantidad Temperatura Pérdidas (Unidades) "C kcaüh N$lh N$/aiío

válvula 4 260 14,744.0 0.494 4,333

14

14

~ ~~ ~

válvula 2 260 8,043 .O 0.269 2,363

tubo recto 1 .om 60 270.0 0.009 0,079

Subtotal

II 14 I codo I 1 I 32 I 150.0 I 0.007 I 69

23,057.0 0.773 6,774

16

16

16

válvula 3 140 4,348.0 0.228 2,005

tubo recto 1.5 rn 65 547.5 0.028 252

codo 1 45 159.0 0.008 073

14

14

~ ~ ~~

válvula 2 137 2504.0 0.0131 1,115

tubo recto 2.0rn 62 577.9 0.030 266

5.4.2 BENEFICIOS

14

14

Los beneficios totales que se obtendrán al aplicar esta medida son de 26,543.00 nuevos pesos al año. El ahorro de energía es de 74,302 kcal/h que equivalen a 641,969 Mcal/año.

~

codo 2 38 127.8 0.006 59

válvula 1 60 270.0 0.014 124

5.4.3 COSTOS DE L A INVERSION

Subtotal

5-10 Xl . AJ,MAN%A

8684.2 0.457 4,004

4

5

6

tubo recto 91.0111 92 17,990.7 0.570 5,000

tubo recto 85.5m 92 20,896.2 0.662 5,820

tubo recto 12.8m 92 3,674.0 0.1 16 1,020

I 42,560.9 1.799 Subtotal 15,764

I Total 74,302 .O 26,543 3.030

w,r$, I , ) \

' . I P

~ ==

La inversión correspondiente al aislamiento instalado es de N$42,442.00, que está de acil8.pcic.r 1

de fibra de vidrio tipo Microluk y recubierto con lámina de aluminio para el caso de la ubt I iCi

El espesor es de una pulgada y 0.91 m de longitud.

Estos costos se desglosan en l a Tabla 5.8.

Tabla 5.8 Costos del Aislamiento

5.4.4 RENTABILDAD FINANCIERA

El período de recuperación se calcula de la siguiente forma:

Costo del aislamiento instalado/ahorros anuales

N$42,442.00 / 26,543.00 N$/año = 1.6 años


Esta medida requiere de instalar el espesor adecuado del aislante para evitar pérdidas por ~ I I ~ xnimo IJS, se

debe tomar en cuenta que también se disminuye la condensacih en las tuberías de vapor. per :iiiiicndo que el rendimiento de los evaporadores se incremente.

espesor, o bien, gastos extras por un aislamiento demasiado grueso y por lo tanto más caro


EJEMPLOS

Esta medida se debe de implementar de la manera siguiente:

a)Revaluar las zonas de falta de aislamiento, identificando nuevamente la longitud precisa de tubería sin aislamiento.

b)Cotizar a diferentes proveedores el costo del aislamiento instalado.

c)Comparar y recibir el material.

d)Realizar la instalación correspondiente.

T O T A L

Duración Semanas

1

3

4

12

ANEXO A

M. ALMANZA

Table k.1

Saturated Steam : Temperature Table

5 IO 15 20 25 30 I5 40 45 50 55 60 65 70 75 10 15 91 9 2

100 I05 I IO

t20 125 I10 115 I 40 I45 I50 I55 I60 65 70 75 10 85 90 Y5 ou 05 10

! I ?

u.1721 1.2276 1.705 I 2.339 3.1 69 4.246 5.621 7.384 Y.5Yl

11.34'4 15.751 IY.9411 25.01 11.19 3X.JX 47.3'1 57.91 70.14 u.55 U.IUI 35 0.12082 0.143 27 0.16906 o. I9& 51 0.2321 U.2701 0.1 I30 0.1611 0.4 I54 0.4758 U.54lI 0.6171 u.7005 0.79 I 7 o u920 1.002 I 1.1217 1.2544 1.JY71 I.5S3X 1.7210

0.001 ax, 0.001 o00 0.001 O01 0.001 002 0.IXII lK13 0.001 004 O.MII W6 0.WI W1 u.ou I o I 0 u.001012 0.001 O15 0.001 017 0.NI 020 u.001 021 ü.IlOI U26 0J.IWJI U29 o.iwti I ~ I 0.w I 036 U.íWI 1140

O.M.¡ rH4 O!!I 0 4 1 0.001 052 0.001 056 0.001 060 0.001 065 0.001 U70 0.001 075 0.001 080 0.001 085 0.WI WI 0.W I OY 6 0.WI. 102 0.001 I01 0.001 I14 u.001 121 U.001 127 u.001 114 0.001 I 4 1 0.001 I J Y 0.001 I 5 i 0.001 164

147.12 106.31 77.Yl 57.7Y

,4 l . lh 32.8'1 25.21 1'3.52 15.26 l2.Ul 9.50x 7.671 6.IY: 5.04 2 4.111 J.4it7 2.U2K ?..VI1 I.'W? 1.6719 1.4194 1.2102 1.0366 0.1Y 19 0.7106 0.6615

0.5083 0.4463 U.IY?X

0.3071 0.2727 0.1428 0.2 I 6 1 U.I'IJ u5 0.174UY O. I 5 6 54 0.1.11 OS 0.127 I 6 0.1 I 5 21

o s m

u.>w

SIndlic Vulunie Inccrnil Eacryy Knchslpy Eiiirupy tii'/kK kJ/kr h.f/hK kJ/kK U

iciiip. I'rcu. >U<. ai<. SUI. 5il. Sil. Si l . S U I . S i r

f P ' I ' a UI "I, u* h, h f , A, ' f S I , J,

'C Iiri Liquid Vipor WyuiJ Erap. Vrpur Liquid Eiiy. Vupur tiquid i r ip V ipc

0.01 0.6111 0.001 o00 206.14 . .W 2175.1 2375.3 .O1 2501.1 2501.4 .oooO 9.1562 9.1562 20.97 2361.1 2382.3 20.Y1 2489.6 2510.6 .O761 (1.94Y6 9.0257

I 42.0 2147.2 2189.2 42.01 2477.7 2519.11 . I J I O (1.7491 1.9cox 62.YY 1331.1 23')b.l 62.YY 2465.Y 2J21.9 ,2241 t.5369 1.7814 81.95 21190 2402.9 113.Y6 2454.1 1538.1 .2966 11.3706 1.6672

IU4.UR 2304 Y 240Y.1 104 XY i t42.1 2547.2 .I674 6.lYO1 1.JJBC 125.71 2290.1 2416.6 125.79 2410.5 2556.1 -:416Y 8.0164 6.4531 146.67 2216.7 2423.4 146.61 2411.6 2565.3 .5053 1.11418 8.3511 16?.56 2262.6 2410.1 167.57 2406.7 2574.3 3725 7.684s 8.1510 111.4.1 224X.4 2416.U IXY.45 23Y4.1 2513.2 .6lK7 7 J l h l I( l M ñ . . - -. . -. . - - 2üY.32 2214 2 2443.5 2UY.11 2382.7 25'12.1 .7Ul1 7.3725 8.U76: 1!02I 221'29 2450.1 230.13 2370.7 261WY .767Y 72234 19913 251.11 212.02 292.95 I I 3.90 314.xo 155.x4 376.15 \.7.YB 4 18.94 440.02 461.14 412.10 501.50 524.74 546 02 567.35

610.18 631.68 653.24 674 87 696.56 711.13 740. I 7 76i.W 714. I0 106.IY 1128.37 850.65

5n8.74

?OJ.5 2191.1 2 176.6 2162.0 2147.4 2112.6 :I 17.7 2102.7 2087.6 2072.3 2057.0 204 1.4

2009.9 19Yl.9 1977.7 IY61.1 1944.7 1127.9 1910.8 119J.5 1176.0

1140.0 11121.6 1602.9 1781.8 1764.4 1744.7

2025.8

11158.1

2456.6 2463.1 2469.6 2475.Y 2412.2 24XX.4 2434.5 2J3iI f. Z>Ub.> 2.51 2.4 2518.1 2523.7 2529.1 2534.6 2539.Y 2545.0 2550.0 2554.9 255Y.5 2564.1 2561.4 2572.5 2576 5 2580.2 2581.7 2587.0 2590.0 25YZ.B 2595.1

251.11 272.06 292.9U I 11.93 334.91 355.90 376.02 197.76 419.W 440. I 5 461.10 412.41 501.7 I 524.99 546.31 567.69 589.11 610.61 632.20 b51.84 675.55 697.14 719.21 741.17 163.22 715.37 807.62 829.98 852.45

2358.5 2346.2 2313.8 2321.4 2lnR.u 2296.0 2283.2

2257.0 21 4 3.7 2210.2 22 16.5 2202.6 2188.5, 2174.2 2159.6 2144.7 2129.6 21 14.3 2098.6 2012.6 2066.2 2049.5 2012.4 20 15.0 1997.1 1978.8 1960.0 1940.7

2270.2

26W.6 26 11.3 2626.8 2615.3 2643.7 2651.9 2660. I

1676.1 261l.K 269 I .5 2699.0 2706.1 2713.5 2710.5 2727.3 2733.9 2740.1 2746.3 2752.4 2758.1 2763.5 2760.7 2773.6 2778.2 2782.4 2786.4 27YO O 2793.2

2m.1

. .

.u I 2

.8935 .9543

1.0155 1.0753 1.1341 1.1925

1.3069 1.3630 1.4185 1.4734 1.5276 IJXII 1.6154 1.61170 1 .73~ I 1.7907 1.1418 1.U92J 1.9427 1.9925 2.04 19 2.0909 21396 2.187Y 2.2359 2.2835 2.3309

I,?JtU

. . - -. . . . 7.0784 7.Y096 6.9375 7.8310 6 . 0 W 7.7553 6.666Y 7.6824 6.5369 1.6 I12 6.4102 7.5445 6 . 2 W 7.4791 6.1bJY .7.4I59 6.0150 7.354> 5.9128 7.2938 5.8202 7138; 5.7iW 7.1811 5.6020 7.1296 5.4962 7.0775 5.3925 7.026Y

* 5.2907 6.9717 5.iYO8 6.9299 5.0926 6.8813 4.9960 6.8379 4.9010 6.7935

4.7151 6.7071 4.6244 6.6663 4.5341 6.6256 4.4461 6.5857 4.3586 6.5465 4.2720 . 6.5079 4.1863 64698 4.1014 6.5321

4.11075 6.7502

873.04 1724.5 2591.5 87S.04 1921.0 2796.0 2.3780 4.0172 6.3953 0.1W 41 895.53 1703.9 7599.5 897.76 1900.7 2791.5 2.42411 3.9337 6.3583

- t .i

-.. .i

J 4

. I ,.

4

1

Table A.l (Continued)

Saturated Steam : Temperature Table

215 220 125 230 235 240 245 250 255 260 265 210 275 280 285 290 295 loo I05 110

I20 110 140 I50 I60 I70 174.14

8.1 5

2104 U18 25J8 2795 1.060 1.144 3.648 1.973 4.3 I 9 4.688 5.OXl 5.4Y9 5.94 2 6.4 I 2 6.909 7.416 1.991 1.5XI 9.202 9.156

10.547 I I .274 12.845 14.516 16.5Il 18.651 21.03 22.w

0.001 181 0.001 190 0.001 199 0.001 209 0.001 219 0.001 229 0.001 140 0.001 251 0.001 261 0.001 276 0.001 219 0.001 102 0.001 I17 0.001 I12 0.001 I 4 8 0.001 166 0.001 I 1 4 0.001 404 0.001 415 0.001 u7 0.001 472 0.001 499 0.001 561 0.001 618 0.001 7JU 0.001 191 0.002 213 0.w1 I55

O.OY4 79 0.086 I Y

0.071 58 0.065 37 0.059 76 0.054 71 0.050 I3 0.045 98 0.042 21 0.031 77 0.035 64 0.012 79 0.030 17 0.027 77 0.025 57

0.021 67 0.01Y Y41 0.0 I 1 350 0.01-6 867 0.015 488 0.0 I 2 996 0.0107Y7 0.W8813 0.aK 9J5 0 . w Y 25 0.003 1 JS

0.0711 49

a023 54

9!1.14

961.73 916.74

1009.89 1033.2 I 1056.7 I

I loI.28 I 128.39 /I 152.74 II 177.36 H 202.25 H227.46 1251.00 1278.92 1105.2 1112.0 1359.3 1187.1 1415.5 1444.6 I 505.1 I570.1 1641.9 1725.2 l84J.0 2029.6

940.a7

-1omo.19

1612.9 1661.5 1639.6 1617.2 1594.2

1546.7 1522.0 1496.7 1470.6 1443.9 1416.3 1387.9 1358.7 1328.4 I 297. I 1264.7 1231.0 1195.9 I 159.4 1121.1 1010.9 991.7 194.3 '

116.6 626.3 184.5

O

m0.a

2601.1 1601.4 26013 2603.9 2601.1 2605.0 2601.4 26024 2600.9 2599.0 2596.6 2593.7 2590.2 2586. I 2581.4 2516.0 2569.9 2563.0 2555.2 2546.4 2536.6 2525.5 2498.9 2464.6 I 4 11.4 2351.J 2128.5 2029.6

920.62 941.62 966.78 990. I 2

1013.62 103732 1061.23 I08536 1109.73 I Il4.17 I 159.28 1114.111 I2 10.07 1235.99 126231 1289.07 1316.1 1344.0 1312.4 IJOI.3 1411.0 1461.5 I5211.3 1594.2 1670.1 llúo.5

m.1 iap0.s

187Y.9 2800.5 IfJ8.5 28021 1136.5 28033 I1l3.8 2104.0 1790.5 .2804.2 1766.1 2803.1

1716.2 uI0I.J

1662.5 2796.9 1634.4 1791.6 1605.2 271Y.7 1574.9 1785.0 lJ43.6 277Y.6 IJII.0 27735 1477.1 ' 27662

1404.9 274Y.U 1366.4 2718.7 1126.0 2727.3 1281.5. 2714.5 1218.6 2700.1 1140.6 2665.9 1027.9. 26220 IY3.4 2561.9

U1.6 Ul2 . l o rnL1

174 1.7 2103.0

16ag.a 27~1.5

1 w . a 2758.1

izas 24111.0

24714 25178 23639 26099 26558

,27015 . 27472 17927 21113 281138 29294 29751 1.0101 3.0668 1.1 130 1.1594

1.2514 1.30 I o lJ4!A3 13982 3.4480 1.5501 26594 1.7777 1.9147 4.1 106 4.4293

1.p62

3.8507 3.7683 1.6863 1.60J7 13233 3.4422 13612 32102 3.1992 3.1181 3.01611 2.9551 21710 27901 27070 . 26227 25175 24511 1j613 22731

ross.- 1 .m 1.6763 I.4315 1.1lY) .61165

0

2.1a21

6.121 I

6.2503 6.2146 6.1791 6.1437 C.1083 6.0730 6.0175 6.0019 5.9662 5.9jOl J.8918 5.8571 5.8199 5.7821 5.7437 5.1045 5.6641 5.6230 5.58M 5.5362 5.44 I7 53157 5.2112 5.0526 4.791 1

6 . 2 ~ 1

1.4298,

Table A.2

'Saturated Steam : Pressure Table ,

Spccilic V*lUilIC Inici n i I Eoci 51 t.lllll1 It,]

iii'/Lp k J / i c kJ/kc kJ/ic K

Sil. Sil. Sil. S i t

' I * u. hr A I . A. 51 S I * J,

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Table A.2 (Continued)

Saturated Steam : Pressure Table

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O 2OY9.3

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Table A.3 Sup e r h eate d Vapor

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.12) 110 2 5 ~ 1 2794.u 6 . 4 2 ~ ,112117 2644.7 2851.3 6.5J111 .I41 U4 26112.1 2YIY.2 6.6732 .I511 62 27111.1 31114 n 6.81144 .I74 56 21166.1 3145.4 7.06Y4 .tYOO5 29M.1 3254.2 7.2374 .2201 3119.5 1412.0 7.5190 .25W 3291.3 36V1.2 7.80110 .27Y4 3472.7 3919.7 ü.0535

Y I 1.6U hll'r (2 l i l .4 l )

.3!IHi, 36J11.3 1152.1 11.2HiIU

..Jú61 404Y.O 46JJ . I 1 1 6 Y I U

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P I 2.31 hll'r (223.YY)

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.IO976 2M51.9 3126.3 611403

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' . l Y 7 I 6 3655.3 41411.2 11.0720 ,21590 31147.9 43111.6 9.2853 .2346 4ü46.7 4637.1 11.41161 .2J32 4251.5 41114.6 16762 .2718 4462.1 5141.7 11.11569 3905 4677.9 5404.0 9.0291

.uui 00 2662.6 2~1110.1 6.4085

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P I 1.20 nit'. ( i n l .YYJ

.I63 33 2588.8 27114.8 6.5231

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. I 9 2 3 1 27U42 2Y35.0 6U2Y4

.2118 2789.2 3uIS.I ?.U317

.2145 2872.2 31S3.6 7.2121

.2J48 2954.9 3260.7 7.3774

.2Y46 3122.8 3476.3 7.6759 333Y 32Y5.6 3696.3 7.Y4lS .I729 34744 4Y22.U 8 11181 .4118 3659.7 4 1 S l U 8.4148 .4n15 1ns1.6 4 3 ~ 2 2 ~ ( ~ 2 7 2 . .4ny2 411w.u (1(1370 u11274 . m u 4254.6 rlunnu 9.0172 .5(415 446S.1 :5144Y 9.1977 .W5I 4610.9 HOl .U 9.36YU

P - I.8U hll'n (ZU7.15)

. I 1042 25'N.4 27Yl . I 6.3794

.I I 6 73 2636.6 21146.7 6.411011

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. I 5 4 5 7 21630 3141.2 7.0100 .I60 47 2947.7 3250.9 7.1194 .I95 u) 3117.Y 3469.11 7.482J .2220 1292.1 165'1.7 7.7J23 -24112 3471.8 391ü.S 7.9981

P - I.UU hll'u (ZU7.IS)

.274? 3657.6 4151.2 8.22511

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..(O34 467Y.J 5405.6 9.1818

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P - 1.M hll'r (133.YU)

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21155.8 2993 I 311s 3 3210.9 3344.ü 3456 S 3682.3 3Y 11.1 4 145.9 4385.9 4631.6 48111.1 5140 5 5402.6

6.2872 6.53YU 6.7428 69212 7.0814 7.2338 7.5u115 7.7511 7.91162 8.1999 Y . 4 W 9 8.J912 8.7720 8.9442

I) h 1

f' - 1.40 ñll'r (195.ü7)

. I 4084 2592.8 27W.O 6.4693

. I 4 3 0 2 2603.1 2101.3 6.497s

. I 6 1 50 . 26YU.3 2Y27.2 6.7467

.I82 28 2781.2 3W0.4 6.9534 3 0 0 3 2869.2 3149.5 7.1360 .2171 2952.9 3257.5 1.3026 .2521 3121.1 3474.1 7.1027 .21160 32Y4.4 36Y48 7.1710 .31Y5 3473.6 392011 8.1160 . I 521 1659.0 4153.0 1.3411 .386l J ñ 5 l . l 4391.5 835S6 A l Y 2 404Y.5 4636.4 8.7559 .4J24 4254.1 41111.5 ü.Y457 .4855 4164.7 5114.4 Y.1262 31116 4611U.4 5406.5 9.iYU4

P - 2.w Ltl'i (212.42)

.ü9Y 63 26Uü.l 27YY.5 6.34ü9

. lU377 2628.1 2835.11 6.4147

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. I 2 5 4 7 2172.6 3023.5 6.7664

. I3857 211SY.8 3137.0 6.9563

.I51 20 2Y45.2 3247.6 7.1271

.17J6U 31162 3467.6 7.1317

. I Y Y 6 ü 12YUY 16W.I 7.1024

.2232 1470.9 3917.4 7.94117 /' = 2.W hll'r (112.42)

.2461 3657.0 4150.3 8.1763

.27W 31149.3 4JU9.4 8.389J

.2Y13 40.111.0 4634.6 8.5901

.3166 . 42J2.7 4118S.9 8.78W

.I398 4463.3 S142.9 8.9601

.3631 4679.0 S4OS.I 9.1329 . P - J.SU nii'r (2.12.60)

.O57 07 2603.7 21103.4 6.1251

.O58 72

.O68 42

.O76 78

.O84 5 3

.o91 96 ..O99 111 . .I I 3 24 . I2699 . I40 5b .I54 O2 . I67 43 .I11080 .IY4 I 5 3 0 7 49

2ti23.7 21~29.2 2138.0 2Y77.S 2835.1 31W.O ,

2926.4 3222.3 1015.3. 3331.2 31Ul.O 34509 3282.1 36784 3464.3 3YU8.8 3651.8 4143.7 31145.0 4184.1 4W4.1 4630.1 424Y.2 4üU1.9 44594 513'4.3 4675.5 5401.1

Table A.3 (Continued). Superheated Vapor

- -

147842

-<\ S :ri: I50 400 4 JU 500 5 JO 600 6 50 700 U00 Y00 loo0 I loo I200 I Joo

t

r Y h I

r = 15.0 hll ' i (342.24)

.o10337

.U1 I 4 7 0

.U15 6JY .Of11 445

.U22 91

.O24 P I

.U26 U0

.I121 61

.u32 I O

.U15 46

.U18 75 3 1 2 00 .W5 21 . .MU 45

.u20 mu

2455.3 2610.5 2520.4 2692.4 2740.7 2Y1J.5 2179.3 3156.2 2Y96.6 ' 1108.6 3104.1 3448.6 320U.6 35H2.3 3310.3 3112.1 I4 10.9 ,840. I 1610.9 4W2.4. 31111.Y 4343.8 4015.4 45Y6.6 4222.6 411J2.6 4413.8 51 12.3 464Y.I 5176.0

I I' = 25.0 hll'i

- 5.3038 5.442 I S.88 I I 6. I404 6.3441 1.5199 6 6776 6 8224 6.Y372 7.2o.w 7.427Y 7.6111 7.R2113 X.UI0II 11.1640

I75 400 425 4 SO 500 550 600 6 50 700 UIK) Yo0 IM I loo I200 I100

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.O12 724

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.U15 433

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.o241 I 2 .o27 I I .O2Y 10

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.o01 640 7

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.WJ 622

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.WU !)Y4

.WY 063

.WY Y4 I

.U1 I 523

.O12 962

.O14 324

.U15 642

.U16 Y40

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4512.0 508Y.Y 7.7605 4626.9 5354.4 7.Y342

r = 411.u ~ I I * ~

1677.1 17428 1.82Y0 1854.6 1910.9 4.1 135 2096.9 2 lY8 .I 4.J029 236J.I l J I 2 . 1 4.94S9 2678.4 2903.1 5.47lK) 2H69.7 114Y.I 5.7715 1022.6 3146.4 6.01 14 I 158.0 1520.6 6.2054 3213.6 36111.2 6.3750 3J17.11 3Y711.7 6.6662 3719.4 4257.9 6.9150 3154.6 4527.6 7.1356 4167.4 4773.1 7.3J61 4380.1 50S7.7 7.5224 4SY4.3 5321.5 7.6969

m Y h I

.O12547 268S0 2Y029

.O1 J I74 2141.2 3109.7

.U17 3J1 2Y703 3274.1

.U19 118 3083.9 3421.4 ,021 O6 3191.5 35601 .O22 74 32Y6.0 1693 9 .U24 34 3198.7 31124.6 .O27 38 1ídlI.U 4081.1 ,010 31 18~ l4 .7 43JJ.I .O33 16 4ooY.J 4J89.5 .UJS 97 4116.9 4846.4 ,018 76 44211.3 5106.6 .U41 54 4641.5 5170.5

P = 30.0 hl l ' i c -

,001 7119 2 1717.1 1791.5 . W 2 790 2067.4 2151.1 .(MIS 303 1455.1 2614.2 .(XIG715 261Y.3 2H21.4 .IHlH 671 28211.7 3081.1 .ll1ll 168 2Y70 3 12741.4 .Ill I 446 1100.5 3443.Y .i l l2 5Y6 3221.0 lSY8.9 .U11661 33J1.8 3745.6 .O1 J ú23 3355 5 1 0 2 4 2 ,017 4Wl 37611 5 42V1.9 .U19 l Y 6 3971 8 4SJ4.7 .O120 90) 4 189.2 4 8 I G l .O22 589 4401.3 S07Y 0 -024 266 4616.0 5344.0

P 55 S(1.0 hll'i

s.7213 6.01114 6 2113 6.4210 6.J166 6.7357 6.8736 7.12.14 7.3507 7.5589 7.7531 7.9360 11.1091

3.9305. 4.4728 5. I Jü5 5.4424 5.790s 1.0142 6.2331 6.4051 6.S606 6 HI32 7.0718

7.484 3 7.6692 7.8432

7.2867

SXII 5S3 4 I638 6 .oOI 7 3 0 9 1718 I .O02 007 1959 7 . W 2 486 2 I 59 6 SX)l 892 2525 J .WJ I18 2163 6 AX16 I12 2Y42 0 .(XI6 966 3033 5 .O07 727 3230 5 .(X)Y076 347911 .U102113 37103 .i311411 3 Y 3 0 J .O12 4Y6 4145 7 ,013 J61 4359.1 .O14 616 4572.8

17166 IR74 6 2060 U 2284 U 2120 I 1i)IY 5 3241 6 3 4 4 1 8 3616 8 3933 6 4224.4 450I I 4170 3 5037.2 5303.6

3.7639 4 . W l I 4.2 7 3 4 4.5884 S.1726 5.548J 5 R 1 7 U 6.0342 6.2189 6.5290 6.7882 7.0146 7.2 I84 1.405ü 1.5808

P Y h J

P t. 20.0 hl l ' i ()6S.U1)

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.W 942 , .01269J

.O14 7611

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.O19 693

.O21 11

.o23 8 5

.U26 45

.O28 91

. 0 3 l 4 5

.U33 91

.O16 J 6

2619.3 2818.1 2806.2 3OW.I 2932.9 323ü.2 3062.4 3393.5 3174.0 3531.6 1281.4 3675.? . 31116.4 3K09.0 35Y1.7 4069.7 37'97.5 4326.4 4001.1 4582.5 4211.3 4840.2 4422.8 J I O I . 0 4610.0 SJ65.1 .

P L. 35.u hl l ' i

> . > M U S.9017 6.1401 6.3348 6.5048 6.6582 6.7993 1.0544 7.2810 7.4925 7.6874 7.8701 1.0142

.o01 7wj 1702.9 1762.4

.o02 100 1914.1 1987.6 S K I 3 428 1223.4 2371.4 .tNH 961 24Y8.1 2672.4 .Mi6927 27J1.9 2994.4

AXIY 521 . 30620 l JP5 .S .UIUS75 3119.8 3J59.Y .O11 533 33W.8 3713.5 .U11 27ü 3J36 7 4W'L.5 .O14 881 3754.0 4274.Y .O11 410 ' 3Y66 7 4541.1 .O17 8YJ 4171.3 4HlF1.6

.OIY 360 4390.7 W ~ 1 . 3

.0208IS 4605.1 5333.6

.in)n 345 292 I o 32 I 3.0

r 60.0 t.11'8 -- .o01 SO2 8 1609.4 16'19.5 .o01 631 5 174J.4 1841.4 .O1 8165 18927 2001.7 .o02085 2051.9 2179.0 . W 2 9 S 6 23906 21ú7.9 .W13 956 2658.8 21Y6.2 .o04 8 3 4 2861.1 3151.2 .o05595 30288 3164.5 .o06212 3177.2 3JSJ.5 .o07 4JY 3441.5 318Y.I

.OW 410 3YUG.4 4475.2

.O10409 4124 I 4 7 4 0 6

.O11 317 4118.2 S017.2

.O12 215 4551.4 J2114.3

.o08 J O K ' 3 6 ~ 1 . 0 4 1 9 1 . 5

3.w11 4.2126 4.7747 5.IY62 5.6282 5.9026 6.1119 6.1010 6.4611 6.7450 6.Y8U6 7.20C4 7.4051 7.5910 7.7633

- 3.7141 3-91 I 8 4.1626 4.4121 4.9321 5.344 I 5.64412 5 8829 6.0024 6.4109 6 6805 6Y127 7.1 195 7.3083 7.4831

L

I

I I 1 I

L L

I I

1

I

1

Pipeline Capacity and Pressure Drop Factors

Prruur i Voiume P r w u i e bar g a u ~ i m3/kg F ac 1% _ _ _ ~ --

2 15 O 57G 9 3093 2 20 o 568 9 5 3 7 2 2 5 o ‘330 9 2 30 o 551 i o 18 2 35 o 544 1048 - 2 40 O 5J6 10 7% 2 45- o 5-9 1 1 io

í 60 o 939 1 2 0 s 2 65 O 502 1237 2 70 o 4 9 6 12 70 2 7s o 489 13 o3 2 80 o 483 13 3 1 2 85 o 4 7 7 13 11 2 90 0 4 1 1 14 o6

--- --

- ?50----- O 572 1 1 4 1

2 55 O 515 1 1 72 ---- --- --

2 95 O 466 1 4 4 1 3 0 0 O 461 14 76 3 10 0 4 5 1 1 5 4 8 3 20 O 4 4 0 16 22 3 30 O 431 I6 98 3 40 0 4 2 2 11 75 3 5 0 O 4 13 1854 ‘ 3 60 O 405 19 34 3 10 O 396 ? O K 380 o 389 21 O0 3 90 o 381 21 85 4 O0 o 374 22 12 4 10 O 367 23 61 4 20 O 361 24 s i 4 30 O 355 2 5 43 4 40 o 348 26 36 4 50 o 342 2 7 3 2 4 60 O S36 28 28 4 70 o 330 29 27 4 80 O 325 30 27 4 90 o 320 31 29

32 32 5 O0 o 315 33 37 5 10 o 310

5 20 o 305 3 4 4 4

35 52 5 30 o 301 5 40 o 2% 36 62 5 5 0 O 292 37 13 5 60 o 188 38 86 5 70 O ?a4 40 O1 5 80 o 280 41 1 7 5 90 O 276 4 2 35 6 0 0 O 272 43 54

6 20 O 265 4 5 98 6 30 O 261 47 23

4 8 4 8 6 40 O 258 6 50 O 255 49 76 6 60 O 2 5 2 51 o5 6 70 o ?a9 5 2 36 6 80 O ? 4 6 53 Ge

55 0 1 6 9 0 7 O0 5 6 J b O ?A0 -

5; 7 5 7 l o 0237 -- 7 ?O O 135 59 ;3

7 30 o 232 ~O-?!!!

7 60- o 224 6484

-- ___----- .--

--

4 4 76 --

6 10 O 269

--

-- o 243

----

7 40 O 229 61 9 6 7 50 O 2 2 1 63 39

Metric SI Units

10 60 O 169 115 70 10 80 O 166 119 59 11 O0 O 163 123 54 11 20 O 161 121 56

131 64 1 1 40 O 158 1 1 60 o 156 135 79 1 1 80 o 153 130 98

12 20 O 149 1 4 ~ 7

-

12 O0 o 151 144 25

12 a0 o 1 4 7 152 96 12 60 o i d s 157 41 12 80 O I 4 3 161 92

O T O 1 166 50 13 O0 -

13 20 o 139 111 13 13 40 o 135 175 83 13 60 o 133 1 8 ~ s e _ 13 80 o 132 185 40 14 00 o 130 190 29 14 20 O 178 195 23 14 40 O 121 200 23

14 80 O 124 2 1 0 4 1

,--,__---_ ---

14 60 O 125 205 30

1500 o 122 21561 1s 20 o 121 220 86 1540 o 119 226 17 15 60 o 118 231 54 15 80 O 1 1 7 236 97 16 00 o 115 7 4 2 r g 16 20 O 114 2 4 8 o1 16 40 o 113 25-1 16 60 - o 1 1 1 2 5 9 3 0 16 eo o 110 265 0 3 1 7 O0 o 199 270 83 1 7 20 0 108 27669 1 7 40 O 107 281 60 1 160 o l o 6 213858 1 7 BO O 105 79*% 18 O0 o 104 300 7 2

YableA4 : Pipe Line Capacities at Specific Velocities

hrisurr Veiociw kglh brr mli 15mm 2 0 m m 25- 3 2 m m 40mn SOmm 6 5 m m 8 0 m m 100mm 125mm 150mm

- ~~

04 15 -1 14 24 31 52 99 145 213 394 64 8 91 1 75 10 25 40 62 92 162 265 384 675 972 1451 40 17 35 64 102 142 265 403 516 1031 1670 2303

. 0.1 15 1 * 16 25 40 59 1 o9 166 250 431 680 1006 25 12 25 45 12 100 187 287 . 430 716 1145 1575 40 18 37 68 106 lG7 290 428 630 1108 1712 2111

1 *o 1s 8 11 29 43 65 112 182 360 4 70 694 1020 25 12 ' 26 48 72 100 193 300 445 730 1160 1660

1800 2'933 40 19 39 11 112 112 311 465 640 1150

-

1125 1580 70 112 162 295 428 6 % 1215 1755 2520

115 118 215 475 745 1010 1095 2925 4115

115 182 280 410 2.0 15 12 25 45 70 100 2s 19 43 40 30 64

~~~~

i s . 16 3 7 60 93 111 245 385 535 925 1505 2040 1.0 2 s 26 56 1 O0 152 225 425 632 910 1580 2480 3440' 40 41 87 151 250 357 595 1025 1460 2540 4050 5940

156 281 432 635 1166 1685 2460 25 30 63 115 180 210 450 742 1080 1900 2925 4225

49 116 191 a 5 4'56 796 1247 1825" 3120 4940 7050 40

4.0 15 19 42 70 1 08

5.0 15 22 49 87 128 187 352 526 770 1295 2105 2835 25 '36 81 135 211 308 548 885 1265 2110 3540 5150

i-

40 59 131 225 338 495 855 1350 1890 3 5 i O 5000 7870

26 59 1 o5 151 2:25 425 632 925 1555 2525 3 4 0 0

25 43 91 162 253 370 6 % 1065 1520 2530 4 2 5 0 6115 6 .O 15

40 11 151 270 405 595 1025 1620 2170 4210 6415 9445

63 110 165 260 445 105 952 1815 2765 3990 49 114 190 288 450 785 1305 11% 3025 4815 6900

76 117 303 455 690 1210 1865 7570 4585 7560 10000

3025 4540 5220 7120 8395 12410

7.0 15 29 25 40

. .

15 32 70 126 190 2135 475 000 1125 1990 54 122 205 320 465 810 I260 1810 3240 25

40 80 191 321 510 730 1370 2065 3120 5135

8.0

1 0 0 15 41 95 155 250 371 626 1012 1465 2495 3995 5860 2s 66 145 2 5 1 . 405 50 2 990 1-0 2205 3825 6295 8995 4 0 104 216 400 615 910 1635 2545 3600 6230 9880 14390

14.0 15 50 121 205 310 465 a10 1270 . t e r n 3220 5215 7390

4 0 126 305 555 825 1210 2195 3425 4 7 3 5 8510 13050 18630 2 s es 195 331 520 740 1375 70$0 3120 Si100 8500 12560

I

Table 2 : Pressure Factors for Pipe Sizing

x - kc/li capacity y - m Ir velocity will1

a volume 01 l m 3 / k g

BIBLIOGRAFIA

Balzhiser Richard E. TERMODINAMICA PARA INGENIEROS Ed. Prentice-Hall España, 1989.

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XI11 Seminario Nacional Sobre el Uso Racional de la Energía

México, 1992. ATPAE, pp. 88-94

M. ALMANZA

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