fluidodinámica de los circuitos de vapor-condensado · transporte de vapor y/o condensado •el...
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Fluidodinámicade los circuitos de Vapor-Condensado
•www.spiraxsarco.com
•The Steam and Condensate Loop. 1st. Ed. Spirax-Sarco Limited. Charlton HouseCheltenham Gloucestershire UK. 2008
•Manual Técnico de Diseño y Cálculo de Redes de Vapor, Junta de Castilla y León Consejería de Economía y Empleo Ente Regional de Energía de Castilla y León
•Presentación en base a la elaboración de Dra. Ing. Soledad Gutiérrez 2
Fluidodinámicade los circuitos de Vapor-Condensado
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Trampas de vapor
http://www.youtube.com/watch?v=IiRyxcCBTa0
Válvulas reguladoras de presión
https://www.youtube.com/watch?v=k65qUCfrCq0
• Elementos de un circuito de vapor
• Reducción de la presión
• Manipulación del condensado
• Dimensionamiento de circuitos
• Factores a considerar en el diseño y operación de líneas de vapor
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Dónde se encuentran circuitos de vapor?
• Alimentos y bebidas:
• Pulpa y papel
• Plásticos
• Farmacéutica
• Textiles:– lavado, teñido, secado
• Generación de potencia
• Doméstico, etc..
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Ventajas de uso de vapor
• Fácilmente controlable
• La energía se distribuye y transfiere fácilmente al proceso
• El vapor se puede generar de manera eficiente, económica, segura
• Es usable en mayoría de procesos Es intrínsecamente seguro.
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Distribución de vapor en planta
Elementos de un circuito
– Generación
– Puntos de consumo
– Transporte del vapor
– Retorno del condensado
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caldera
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caldera
puntos de consumo
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vapor
caldera
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vapor
condensado
caldera
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vapor
condensado
reposición
caldera
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Transporte de vapor y/o condensado
• El vapor condensa a lo largo del circuito (cambio de fase, flujo en dos fases)
• El condensado tiene un volumen específico mucho menor que el vapor
• La presencia de condensado en las tuberías de vapor puede dar lugar a golpes de ariete, erosión de equipos, bloqueos.
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Presión en el sistema
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Presión de trabajo
• Límite superior es la presión de generación
• La presión de generación es inferior a la presión máxima de seguridad de la caldera.
• Límite inferior: en general, existe una presión mínima requerida en la planta
• Los equipos también tienen límites superiores para la presión de trabajo
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Caldera
𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑒𝑛 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 < 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ≤ 𝑃𝑀𝑇𝐴 < 𝑃𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎
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PMTA: máxima de trabajo admisible
Accionamiento de válvulas de seguridad de caldera
𝑃𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 ≤ 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑒𝑛 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 < 𝑃𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎
Planta
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Vapor saturado, 5 barg
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5
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Si tenemos vapor saturado a la presión P…
Cuanto mayor es P:
mayor es la entalpía por unidad de volumen del vapor (hV ρ )
mayor es la T (equilibrio)
menor es el ∆h menor es el calor latente en la condensación del vapor sat
Ejemplo:
Comparar vapor saturado a 3 barg y vapor saturado a 7
barg
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Se puede transportar mucha más energía
por las instalaciones a 7 barg que a 3 barg
Presión de trabajo
• P generación mayor o igual a la mayor P de trabajo requerida en la planta
• P distribución, tan alta como posibleVentajas:
– Mayor capacidad de almacenamiento térmico de la caldera, ayuda a lidiar con cargas fluctuantes
– Se requieren tuberías de menor diámetro lo que redunda en un menor costo del capital requerido para tuberías, bridas, accesorios, etc..
– Menor costo de la aislación
– Si se opera la caldera a una presión menor de aquella para la que fue diseñada es muy factible generar vapor húmedo. Baja la eficiencia térmica de la caldera. Aumenta la velocidad de circulación de vapor
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Presión de trabajo
• Entonces…
– Generación: a presión más alta
– Distribución: a esa presión
… y al llegar a la zona donde se usará:
– Reducción de presión (a valores inferiores a
la presión máxima de uso de los equipos)
– Alimentación a baja presión a los puntos de
consumo.29
generador ptos. de uso
pre
sió
n
presión de
generación
presión
de uso
más cerca de
los puntos de
consumo
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generador ptos. de uso
pre
sió
n
presión de
generación
más de una presión
de trabajo
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Alta presión
del generador
Baja presión
al punto de
consumo
conducción de vapor
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Alta presión Baja presión
del generadoral punto de
consumo
conducción de vapor
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Alta presión Baja presión
del generadoral punto de
consumo
PUNTO DE REDUCCIÓN
DE LA PRESIÓN
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Válvulas Reductoras
Constituye un elemento de control
automático de presión
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Loop de control de presión
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Válvula reductora
de presión
zona de alta presión zona de baja presión
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Válvulas Reductoras
operación neumática
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Las válvulas accionadas neumáticamente con actuadores y posicionadores comandadas por un controlador proporciona reducción de presión con un control muy preciso.
Al controlador llega la señal de un medidor de presión aguas debajo de la válvula y regula una señal de suministro de aire a un diafragma de la válvula.
Los resortes se utilizan como una fuerza opuesta que hace que las válvulas se cierren (aire para abrir) después de la pérdida o la reducción de la presión de aire aplicada al diafragma.
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Clasificación
Operación neumática
Válvulas de Acción Directa
Válvulas Operadas por Piloto
Válvulas Reductoras
de acción directa
Válvulas Reductoras
de acción directa
• Diversos tipos dependiendo de cual es el
elemento que oficia de sensor de Presión
y controlador
– Fuelle
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De Fuelle
Acción directaVálvulas Reductoras
de acción directa
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Cuando cae la
presión aguas
abajo…
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Cuando cae la
presión aguas
abajo…
Hay menos
resistencia al resorte
del fuelle…
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Cuando cae la
presión aguas
abajo…
Hay menos
resistencia al resorte
del fuelle…
el resorte y empuja
el émbolo abriendo
más la válvula
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Válvulas Reductoras
de acción directa
– Diafragma
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De Diafragma
(conexión)
Válvulas Reductoras
de acción directa
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Instalación típica de reductora de diafragma48
Válvulas Reductoras
de acción directa
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De Diafragma
(orificio)
Válvulas Reductoras
Operadas por piloto
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Válvulas Reductoras
Operadas por piloto
De diafragma
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La presión reducida actúa en la parte
inferior del diafragma piloto C a través del
tubo de control de presión F, equilibrando
así la carga producida en la parte superior
del diafragma piloto por la presión del
muelle de ajuste B. Cuando la presión
reducida aguas abajo desciende, medida
en F, la fuerza del resorte supera la
presión que actúa debajo del diafragma
piloto y abre la válvula piloto E, admitiendo
vapor a través de la tubería de control de
presión D a la parte inferior del diafragma
principal K. A su vez, esto abre la válvula
principal H contra su resorte de retorno G
y permite que pase más vapor hasta que
la presión aguas abajo regrese al valor
preestablecido.
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Cualquier aumento adicional en la presión
reducida actuará en el diafragma piloto
para cerrar la válvula piloto. La presión
desde abajo del diafragma principal se
liberará a la salida de la válvula a través
de la tubería de presión de control D y el
orificio J cuando el resorte de retorno
mueve la válvula principal hacia su
asiento, estrangulando el flujo. La válvula
piloto se establecerá en una abertura que
es suficiente para equilibrar el flujo a
través del orificio J y mantendrá la presión
necesaria debajo del diafragma para
mantener la válvula principal en la
posición requerida para las condiciones
prevalecientes de presión y carga aguas
arriba y aguas abajo . Cualquier variación
en la presión o carga se detectará
inmediatamente por el diafragma piloto,
que actuará para ajustar la posición de la
válvula principal
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La presión reducida se establece con el tornillo A
que altera la compresión del resorte de ajuste B.
El diseño operado por piloto ofrece una serie de
ventajas sobre la válvula de acción directa. Solo
una pequeña cantidad de vapor debe fluir a
través de la válvula piloto para presurizar la
cámara del diafragma principal y abrir
completamente la válvula principal. Por lo tanto,
solo se requieren cambios muy pequeños en la
presión aguas abajo para producir grandes
cambios en el flujo. La "caída" de las válvulas
operadas por piloto es, por lo tanto pequeña.
Aunque cualquier aumento en la presión de alta
aplicará una mayor fuerza de cierre en la válvula
principal, esto se compensa con la fuerza de la
presión de alta que actúa sobre el diafragma
principal. El resultado es una válvula que
proporciona un control estricto de la presión
aguas abajo independientemente de las
variaciones aguas arriba
Instalación típica de reductora operada con piloto
Válvulas Reductoras- operada con
piloto
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Acción directa Operada a
pilotoFuelle Diafragma
Pequeña capacidad Gran capacidad Gran capacidad
Compacta Relativamente grandeCompacta para la
capacidad
Bajo Costo RobustaExtremadamente
precisa
Carga constante Carga constante Carga Variable
Control Grueso Control Grueso Control Fino
Cuadro Comparativo
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Parámetros para selección del tamaño de
válvulas reductoras de presión:
Presión aguas arriba
Presión aguas abajo
Caudal másico
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Presión de baja(bar g)
Capacidad(kg/h)
Ejemplo
Valvulas Spirax Sarco,
Modelos BRV71 y BRV73
Presión de alta (bar g)
Ejemplo:
Presión aguas arriba = 8 barg
Presión aguas abajo = 5 barg
Caudal másico = 400 kg/h
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Filtro
(strainer)
A la válvula reductora llega vapor limpio:
Filtros
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Suciedad es: óxido, trozos desprendidos de material de sellado, metales de soldadura.
Realizar limpieza periódica
Los filtros se colocan también aguas arriba de medidores y trampas
Filtros
Así posición para líquidos
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Filtro
(strainer)
Véase la posición con el cuerpo horizontal
(para evitar la acumulación de
condensado)
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Línea de gas o vapor
Línea de líquido
Flujo vertical
descendente
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•NO colocar filtros en líneas de vapor de flujo ascendente.
Porqué?
Flujo vertical
descendente
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Separador de
condensado
A la válvula reductora llega vapor limpio y seco:
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Separador de gotasEl separador
de
condensado
se encarga
de remover
als muy
pequeñas
gotitas
suspendidas
con el vapor.
El vapor
generado en
una caldera
es vapor
húmedo en la
gran mayoría
de los casos.
tiene entre
95% y 98%
de fracción
seca.
A medida que
circula por la
cañería, se
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El separador de condensado se encarga de remover gotas suspendidas con el vapor.
Cuadro de trampa
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Válvula de
seguridad
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Manómetros para medir la presión
“arriba” y “abajo” de la reductora
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Válvulas de corte para aislar
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CUADRO DE REDUCCIÓN COMPLETO
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otro símbolo para
válvula reductora de presión72
CUADRO DE REDUCCIÓN
Línea del bypass: continuidad de la operación manual de la sección
“aguas abajo” del sistema, mientras se lleva a cabo el
mantenimiento del strainer y el reductor de presión.
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