.distribución de vapor Folleto
Informativo
Sarco
~PIRAX SARca s. A. ALBERTO
M. LOPEZ
üpto , Técnico Comercial ) Goyena 1_" Godsy Cruz .. ':5 - 9541 ~ Mzfl.
Distribución de vapor
Introducción
2
Dimensionamiento de cañerías
4
Distribución general y drenaje de cañerías
8
Calidad del vapor
14
Aislación térmica
16
Reducción de presión
17
SARCO S.A. Ruta Panamericana Km. 24,9 ~ (1611) Don Torcuato - Bs. As. República Argentina Tel. 748-2242/45/48/51/2685 - Télex: 26250 SARCO AR - Cables: SARCOAR
Introducción
El sistema de distribución de vapor es el eslabón que une la caldera y el equipo de calefacción o de proceso. El dinero que se gasta en generar y usar eficientemente el vapor, se puede malgastar si el sistema de distribución no es apto para su tarea de conducir el vapor de modo tal que éste alcance el equipo a la presión correcta, seco, libre de aire y en cantidad suficiente. Este Folleto Informativo analiza los diversos factores que hacen que un sistema de distribución sea eficiente.
Si una batería calefactora está diseñada para ser usada con vapor a 6,2 bar y luego se la alimenta con vapor a 4,8 bar, su rendimiento se verá reducido en un 10-15% con respecto a las condiciones normales. A continuación, estudiaremos los siguientes aspectos referentes al sistema de distribución de vapor: Dimensionamiento Distribución Calidad
El vapor se usa simplemente para transportar el calor. Este está contenido inicialmente en el combustible, ya sea carbón, coque, gas, electricidad, leña, petróleo o, en estos días, energía ~clear. Debido a que en muchos casos no es práctico extraer el calor del combustible en el lugar de uso, este proceso generalmente se desarrolla en un lugar adecuado, es decir en una caldera. De este modo, el calor se transfiere a un fluido que lo transporta, generalmente vapor, agua, o en algunos casos aceite. De éstos, el .más usado es' el vapor saturado, debido a la simplicidad de su producción y de su uso. Una característica bien conocida del vapor saturado es la correlación que existe entre su presión y su temperatura, como podemos ver en la Tabla 1. Esto es importante, no sólo para la calefacción ambiente, sino también para los procesos, en especial si existe una temperatura mínima por debajo de la cual no se produce el cambio de estado deseado; o si hay un límite máximo de temperatura por encima del cual el producto entra en ebullición, Un ejemplo típico, es cierta transformación del caucho que debe producirse entre los 150 - 1549 C, porque a temperaturas inferiores a 1509C no se logra la cohesión apropiada, mientras que a temperaturas que superen los 1549 C, el caucho comienza a endurecerse y da como resultado un producto inferior. Un vistazo a las columnas de temperatura y presión de la Tabla 1, muestra que el vapor a aproximadamente 4 'bar manométricos es el que debe usarse para este proceso. Por otra parte, aún en aquellos procesos donde no existen temperaturas críticas, una reducción de la presión, con la consecuente reducción de la temperatura, provoca una disminución del rendimiento.
2
de cañerías.
general y drenaje .de cañerías.
del vapor.
Aislación Reducción
térmica. de presión.
Tabla 1 Entalpía
Temperatura
Presión
Agua kg/cm2
Bar 0·30 0·50 0·75 0·95 __
O·31 Absoluta-¡¡o:-=.5fi',-- __ 0·76 0·97
O_Manométrica 0·10 0·20 0·30 0·40 0·50 0·60 0·70 0·80 0·90 1·00 1·10 1·20 1·30 1·40 1·50 1·60 1·70 1·80 1·90 2-00 2·20 2·40 2-60 2·80 3·00 3·20 3·40 3·60 3·80 4·00 4·50 5·00 5·50 6·00 6·50 7·00 7·50 8·00 8·50 9·00 9·50 10·00 10·50 11.00 11·50 12·00 12·50 13·00 13·50 14·00 14·50 15·00 15·50 16·00 17-00 18·00 19·00 20·00 21·00 22·00 23·00 24·00 25·00 26=00 27·00
O 0·10 0·20 0·31 0·41 0·51 0·61 0·71 0·82 0·92 1·02 1-12 1·22 1·33 1·43 1·53 1·63 1· 73 1·'84 1·94 2·04 2·24 2·45 2·65 2·86 3·06 3·2~ 3·47 3·67 3·87 4·08 4·59 5·10 5·61 6·12 6·63 7·14 7·65 8·16 8·67 9·18 9·69 10·20 10·71 11·22 11·73 12·24 12·75 13·26 13· 77 14·28 14·79 15·30 15·81 16·32 17·33 18·35 19·37 20·39 21·41 22·43 23·45 24·47 25·49 26·51 27·53
°e 69·10 -:8:f.';--'.3';;3;__ 91·78 98·20 100·00 102·66 105·10 107·39 109·55 111·61 113·56 115·40 117·14 118·80 120-42 121·96 123·46 124·90 126·28 127·62 128·89 130·13 131·37 132·54 133·69 135·88 138·01 140·00 141·92 143·75 145·46 147·20 148·84 150·44 151·96 155·55 158·92 162·08 165·04 167·83 170·50 173·02 175·43 177-75 179·97 182·10 184·13 186·05 188·02 189·82 191·68 193·43 195·10 196·62 198·35 199·92 201·45 202·92 204·38 207·17 209·90 212·47 214-96 217·35 219·65 221·85 224·02 226=12 228·15 230·14 .
kJ/kg
I
Específica
Evaporización kJ/kg
289·23 2336·1 ~34~0._.i4~9--'---~2~30~5¡¡_.4i_ 384·39 2278·6 411·43 2261·8 419·04 430·2 440·8 450·4 459·7 468·3 476·4 484·1 491·6 498·9 505·6 512·2 518·7 524·6 530·5 536·1 541·6 547·1 552·3 557·3 562·2 571·7 580·7 589·2 597·4 605·3 612·9 620·0 627·1 634·0 640·7 656·3 670·9 684·6 697·5 709·7 721·4 732·5 743·1 753·3 763·0 772·5 781·6 790·1 798·8 807·1 815·1 822·9 830·4 837·9 845·1 852·1 859·0 865·7 872-3 885·0 897·2 909·0 920·3 931·3 941·9 952·2 962·2 972·1 981·6 990·7
2257·0 2250·2 2243·4 2237·2 2231·3 2225·6 2220·4 2215·4 nl0·5 2205·6 2201·1 2197·0 2192·8 2188·7 2184·8 2181·0 2177·3 2173·7 2170·1 2166·7 2163·3 2156·9 2150·7 2144·7 2139·0 2133·4 2128·1 2122-9 2117·8 2112·9 2108·1 2096·7 2086·0 2075·7 2066·0 2056·8 2047·7 2039·2 2030·9 2022·9 2015·1 2oo7·!) 2000·1 1993·0 1986·0 1979·1 1972·5 1965·4 1959·6 1953·2 1947·1 1941·0 1935·0 1928·8 1923·4 1912·1 1901·3 1890·5 1880·2 1870·1 1860·1 1850·4 1840·9 1831·4 1822·2 1813·3
Volumen
I
Vapor kJ/kg
Específico m3/kg
2625·3 5-229 ~2;;;:64~5::_.9~---:3::_.2='4~0;-_ 2663·0 2·217 2673·2 1·777 2676·0 2680·4 2684·2 2687·6 2691·0 2693·9 2696·8 2699·5 2702·1 2704·5 2706·7 2709·2 2711·5 2713·3 2715·3 2717·1 2718·9 2720·8 2722·4 2724·0 2725·5 2728·6 2731·4 2733·9 2736·4 2738·7 2741·0 2742-9 2744·9 2746·9 2748·8 2753-0 2756·9 2760·3 2763·5 2766·5 2769·1 2771·7 2774·0 2776·2 2778·1 2780·0 2781·7 2783·3 2784·8 2786·3 2787·6 2788·8 2790·0 2791·1 2792·2 2793·1 2794·0 2794·9 2795·7 2797·1 2798·5 2799·5 2800·5 2801·4 2802·0 2802·6 2803·1 2803·5 2803·8 2804·0
1·673 1·533 1·414 1·312 1·225 1·149 1·083 1·024 0·971 0·923 0·881 0·841 0·806 0·773 0·743 0·714 0·689 0·665 0·643 0·622 0·603 0·568 0·536 0·509 0·483 0·461 0·440 0·42-2 0·405 0·389 0·374 0·342 0·315 0·292 0·272 0·255 0·240 0·227 0·215 0·204 0·194 0·185 0·177 0·171 0·163 0·157 0·151 0·148 0·141 0·136 0·132 ().128 0·124 0·119 0·117 0·110 0·105 0·100 0·0949 0·0906 0·0868 0·0832 0·0797 0·0768 0·0740 0·0714
3
\
Dimensionamiento de cañerías
De todo lo dicho, es obvio que la cañería debe tener un diámetro adecuado para la cantidad de vapor que tiene que transportar. Si es demasiado pequeña, habrá una gran pérdida de carga y se obtendrá como resultado un suministro deficiente de vapor al equipo. Si .es demasiado grande, aunque esto no perjudica de modo alguno el funcionamiento del equipo, el costo de la instalación será innecesariamente alto, así como también serán mayores las pérdidas por radiación. Hay dos métodos de dimensionamiento ambos tienen un parámetro desconocido asumir.
de cañerías, y que debemos
2. Caída de presión Si asumimos una velocidad, entonces nuestros cálculos se basan en el volumen específico del vapor que se transporta, en relación a la superficie de la sección transversal de la cañeria. La experiencia demuestra que una velocidad razonable para las cañerías principales de vapor saturado seco es de 25 a 35 m/seg. Por encima de esta velocidad se producirá ruido y erosión, particularmente si el vapor está húmedo. Pero puede ocurrir que la caída de presión resultante· sea excesíva. Por lo tanto, si se quiere evitar este inconveniente, debe adoptarse una velocidad de cálculo de 15 m/seg., especialmente en las derivaciones que unen la cañería principal y el equipo. La Tabla 2 servirá de guía para determinar, por velocidad, el diámetro de las cañerías, y en muchos casos puede usarse para dimensionar las derivaciones anteriormente mencionadas. la velocidad
no debe
exceder
Existe también el problema que, dimensionando de acuerdo con la velocidad, no se toma en cuenta el largo del recorrido y de esta forma puede ocurrir que haya una presión excesivamente baja en alguno de los equipos. Cuanto más alejado está el punto de uso, menor es la presión de vapor obtenible. Sabemos que en el. equipo la temperatura del fluido calefactor puede ser importante. También sabemos que la presión y la temperatura del vapor saturado están estrechamente relacionadas. Por lo tanto, es conveniente dimensionar las cañerias por el método de la caída de presión, ya que así podremos conocer la presión en cada punto de la red de distribución de vapor. .Explicaremos
cómo
se
puede
hacer
este
Un método que se ha usado durante muchos años, con un resultado satisfactorio, puede verse en las Tablas 3 y 4, que se basan en una fórmula simplificada: p?
basado en la presión
inicial.
P2 es un factor
basado en la presión
final.
L es la longitud
equivalente
F es el factor
del recorrido.
de caída de presión.
Tabla 3 La columna de la izquierda consta de una serie de factores (F) basados en la 'caída de presión por metro de cañería.
"x" da la cantidad de vapor en kilogramos/ hora que pasa por cada caño, según los diferentes factores de caídas de presión. "y" da un factor de velocidad la misma cantidad de vapor.
en metrosl seg. para (P, -
El factor
P,) que aparece
de caida de presión
L en la Tabla 3, se encuentra consultando como explicamos a continuación:
la Tabla
Supongamos de presión p"
que la presión inicial es 7 bar, el factor que se saca de la Tabla 4 será 55,39.
Supongamos que la, presión final en el extremo la cañería debe ser 6,4 bar, luego P2 es 47,66.
Luego: P,
55,39 -
=
F
47,66 = 0,032
= 242
L
En la Tabla 3 podemos ver que, siguiendo hacia abajo la columna izquierda hasta 0,032 y desde allí leyendo hacia la derecha, para un caño de 2V2 ", la cantidad de vapor conducida será de 1.037 kg/h ("x") con un factor de velocidad ("y") de 81,79 m/seg. El factor de velocidad "y" está basado en que el vapor ocupa un volumen de 1 mJ/kg, por lo tanto pueden hallarse fácilmente las velocidades reales para otros volúmenes específicos. Por lo tanto: Velocidad
Real x
y Volumen
Real
Entonces, si el factor de' velocidad y = 81,79 Y la presión de vapor es 7 bar, de la Tabla 4 obtenemos que su volumen especifico es de 0,24 m J/ kg. Luego: Velocidad
Real
F
0,24
L Velocidad
4
de
Supongamos que la longitud equivalente de la cañería (considerando los codos, accesorios, etc.) es de 242 m.
81,79 =
4,
Ejemplo:
cálculo.
Hay numerosos nomogramas, gráficos, tablas y aún reglas de cálculo que permiten relacionar el diámetro de la cañería con la caída de presión.
p
P, es un factor
Bajo los distintos diámetros de cañería pueden verse dos líneas horizontales "x" e "y" para cada factor de caída de presión.
1. Velocidad
Para este propósito, los 15 m/seg.
Donde:
Real
81,79 x 0,24 19,63 m/seg.
Recorrido:
150 m
(Longitud
+
10%
165 m
Batería calefactora 6,6 bar
equ ivalente)
Caldera 7 bar
285 kg/h 270 kg/h
Fig.' El vapor a 7 bar tiene un volumen como se muestra en la Tabla 4.
Ejemplo: Usaremos las Tablas 3 y 4 para determinar el diámetro de la cañería principal de la Fig. 1. Se conoce la longitud del recorrido desde la caldera hasta la batería calefactora, pero debemos hallar la longitud equivalente de cañería debido a la resistencia por fricción en los accesorios. Si conocemos el diámetro de la cañería principal, se puede calcular fácilmente la longitud equivalente mencionada. Pero si no conocemos dicho diámetro, entonces habrá que incrementar el recorrido real en un cierto porcentaje estimado.
menor
longitud,
Se debe considerar otro margen de tolerancia nado a compensar las pérdidas por radiación cañería.
55,39 -
55,39 50,19 50,19 0,031
165
Si seguimos hacia abajo la columna izquierda de la Tabla 3, veremos que las dos lecturas más cercanas al valor hallado de 0,031, son 0,025 y 0,032. Es un error dimensionar cualquier cañería principal por encima del límite máximo de su capacidad, y por lo tanto elegiremos el factor más bajo que se aproxime a nuestro valor, en este caso 0,025. Como alternativa, las lecturas se pueden interpolar con razonable aproximación, aunque, debido a que la Tabla 3 no conforma un gráfico lineal, la interpolación no puede ser absolutamente correcta. Desde la línea 0,025 se sigue la línea "x" y veremos que un caño de 1V2" transportará solamente 234,7 kg/h de vapor, y un caño de 2': 446,4 kg/h. Por lo tanto, la cañería principal un diámetro de 2". Ahora verificaremos
Velocidad
Real x
1
39,19 0,24 Despejando: 39,19 Velocidad
x 0,24
Real
Velocidad .Real x "y"
1
=
Volumen Real por lo tanto, para una velocidad de 20 m/seg. y con vapor a 7 bar, que tiene un volumen específico de 0,240 mJ /kg. 20 x 1 "y" = = 83,33 0,24 Debemos observar ahora la Tabla 3 para encontrar una condición donde 285 kg/h de vapor puedan ser distribuidos con un factor de velocidad "y" de 83,33. Esto se observa, en su mejor aproximación, en la columna de caños de 1'/4" opuesto al factor F de 0,080.
= L
Volumen Real Reemplazando:
Veamos, por ejemplo, qué resultados se habrían obtenido si hubiéramos determinado el tamaño de esta cañería basándonos en una velocidad de .20 m/seg.
De la Tabla 4
P2
1
destide la
El diámetro de la cañería principal aún no está determinado, de modo tal, que no podemos hacer los cálculos definitivos; pero teniendo en cuenta que la cañería está aislada, sería razonable conceder un 1% por cada 30 m. de recorrido para pérdidas por radiación.
Por lo tanto: P,
Velo.cidad Real x "y" =.
deberá
La batería calefactora requiere 270 kg. de vapor por hora, pero la cañería principal debe transportar esta cantidad más el vapor que se condensa debido a las pérdidas por radiación.
P, a 7 bar P2 a 6,6 bar
Luego:
= 9,4 m/seg. 1 Se podría pensar que esta velocidad es baja en comparación con las velocidades máximas permitidas, pero debemos recordar que la cañería de vapor ha sido dimensionada para limitar la caída de presión, mientras que las velocidades máximas admisíbles están generalmente acompañadas de grandes caídas de presión.
Si la cañería tiene, digamos 100 m de largo, y un recorrido más o menos recto, entonces debemos incre. mentar su longitud en un 10%. Un tramo recto, pero de incrementarse en un 20%.
de 0,24 mJ/kg.,
tendrá, obviamente,
la velocidad.
Ya hemos explicado que las cifras dadas en la línea "y", en la Tabla 3, representan un factor de velocidad basado en un volumen específico del vapor de 1 metro cúbico por kilogramo. . En la Fig. 1, están pasando 285 kg/ h de vapor a través de un caño de 2". Refiriéndonos a la Tabla 3 y observando la columna correspondiente al diámetro de 2", vemos que, cuando circula esta cantidad de vapor, el factor de velocidad "y" es 39,19 (este valor se logró interpolando).
Pero, ¿cuál hubiera sido el resultado si se hubiese usado un caño de 1% "? En este caso sabemos que F = 0,080, P, Y L no cambian, ·por lo tanto de la fórmula: F L podemos establecer que 55,39 -
P, =·0,080
165 Por lo tanto P, = 42,19 que, de la Tabla 4 es equivalente a una presión ligeramente inferior a 6 bar En consecuencia, si se hubiera instalado una cañería de 1V4" en lugar de una de 2", la presión en la batería calefactora sería muy inferior a la supuesta en las condiciones de diseño. En algunos procesos industriales, ·se usa la inyección de vapor vivo; en este caso no es práctico dimensionar de acuerdo con la caída de presión. Donde se inyecta vapor en un medio líquido como, por ejernplo., en una batea para teñir telas, la presión de inyección está determinada por la altura del líquido por encima del punto de inyección, pero usar este . hecho para determinar la presión en el punto de uso con el propósito de dimensionar por caída de presión, produciría velocidades demasiado altas. Bajo estas condiciones, la cañería debería ser protegida de la erosión causada por velocidades. tan altas; por lo tanto, resulta más práctico determinar el diámetro del caño adoptando una velocidad razonable, para lo cual puede ser útil la Tabla 2.
5
Tabla 2 - Capacidad de transporte Presión Bar
Velocidad m/seg
0·4
15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40
0·7
1·0 2·0 3·0
4·0 5·0 6·0 7·0 8·0 10·0
14·0
de vapor kg/h
20mm 14 25 35 16 25 37 17 26 39 25 43 64 37 56 87 42 63 116 49 81 131 59 97 157 63 114 177 70 122 192 95 145 216 121 195 305
15mm 7 10 17 7 12 18 8 12 19 12 19 30 16 26 41 19 30 49 22 36 59 26 43 71 29 49 76 32 54 84 41 66 104 50 85 126
25mm 24 40 64 25 45 68 29 48 71 45 70 115 60 100 157 70 115 197 87 135 225 105 162 270 110 190 303 126 205 327 155 257 408 205 331 555
32mm 37 62 102 40 72 106 43 72 112 70 112 178 93 152 250 108 180 295 128 211 338 153 253 405 165 288 455 190 320 510 250 405 615 310 520 825
40mm 52 92 142 59 100 167 65 100 172 100 162 275 127 225 357 156 270 456 187 308 495 225 370 595 260 450 690 285 465 730 372 562 910 465 740 1210
50mm 99 162 265 109 182 298 112 193 311 182 295 475 245 425 595 281 450 796 352 548 855 425 658 1025 445 785 1210 475 810 1370 626 990 1635 810 1375 2195
65mm 145 265 403 t66 287 428 182 300 465 280 428 745 385 632 1025 432 742 1247 526 885 1350 632 1065 1620 705 1205 1865 800 1260 2065 1012 1530 2545 1270 2080 3425
80mm 213 384 576 250 430 630 260 445 640 410 656 1010 535 910 1460 635 1080 1825 770 1265 1890 925 1520 2270 952 1750 2520 1125 1870 3120 1465 2205 3600 1870 3120 4735
Factor de presión
100mm 394 675 1037 431 716 1108 470 730 1150 715 . 1215 1895 925 1580 2540 1166 1980 3120 1295 2110 3510 1555 2530 4210 1815 3025 4585 1990 3240 5135 2495 3825 6230 3220 5200 8510
125mm 648 972 1670 680 1145 1712 694 1160 1800 1125 1755 2925 1505 2480 4050 1685 2925 4940 2105 3540 5400 2525 4250 6475 2765 4815 7560 3025 5220 8395 3995 6295 9880 5215 8500 13050
150mm 917 1457 2303 1006 1575 2417 1020 1660 2500 1580 2520 "4175 2040 3440 [;940 2460 4225 7050 2835 5150 7870 3400 6175 9445 3990 6900 10880 4540 7120 12470 5860 8995 14390 7390 12560 18630
Tabla 4 Presión 8.,
ADS
0·05 0·10 0·15 0·20 0·25 0·30 0·35 0·40 0·45 0·50 0·55 0·60 0·65 0·70 0·75 0·80 0·85 0·90 0·95 1·013
Volumen m3/kQ
Factor de crestón
28·192 14·674 10·022 7·649 6·204 5·229 4·530 3·993 3·580 3·240 2·964 2·732 2·535 2·365 2·217 2·087 1·972 1·869 1·777 1·673
·0031 ·0118 ·0258 ·0448 ·0695 ·0953 ·1324 ·1710 ·2143 ·2624 ·3155 ·3741 ·4357 ·5032 ·5744 ·6506 ·7311 ·8161 ·9067 1·024
Bar Man
O 0·05 0·10 0·15 0·20 0·25 0·30 0·35 0·40 0·45 0·50 0·55 0·60 0·65 0·70 0·75 0·80 0·85 0·90
l·
6
1·673 1·601 1·533 1·471 1·414 1·361 1·312 1·268 1·225 1-186 1-149 1·ll5 1·083 1·051 1·024 0·997 0·971 0·946 0·923
1·024 1-125 1·228 1·339 1·451 1·569 1·691 1·818 1·947 2·084 2·222 2·366 2·514 2·668 2·823 2·985 3·151 3·321 3·493
Volumen m3/kg
Factor de presión
Presión B81 Man.
0·95
0·901
3·674
2-85
1·00 1·05 1·10 1·15 1·20 1·25 1·30 1·35 1·40 1·45 1·50 1·55 1·60 1·65 1·70 1·75 1·80 1·85 1·90 1·95 2·00 2·05 2·10 2·15 2·20 2·25 2·30 2·35 2·40 2·45 2·50 2·55 2·60 2·65 2·70 2·75 2·80
0·881 0·860 0·841 0·823 0·806 0·788 0·773 0·757 0·743 0·728 0·714 0·701 0·689 0·677 0·665 0·654 0·643
3·855 4.Q42 4·234 4·430 4·629 4·833 5·041 5·253 5·468 5·689 5·914 6·142 6·375 6·615 6·858 7·103 7·353
0·632 0·622 0·612 0·603 0·594
7·608 7·863 8·127 8·392 8·662
2·90 2·95 3·00 3·10 3·20 3·30 3·40 3·50 3·60 3·70 3·80 3·90 4·00 4·10 4·20 4·30 4·40 4·50 4·60 4·70 4·80 4·90
0·585 0·576 0·568 0·560 0·552 0·544 0·536 0·529 0·522 0·515 0·509 0·502 0-496 0·489 0·483
8·939 9-217 9·501 9·788 10·08 10·38 10·68 10·98 11·29 1l·60 11·91 12·24 12·56 12·88 13·21
5·00 5·10 5·20 5·30 540 5·50 5·60 5·70 5·80 5·90 6·00 6·10 6·20 6·30 6·40
Presión' Bar Man.
Volumen m3/kg
0477 0-471 0·466 0·461 0·451 0·440 0·431 0·422 0·413 0·405 0·396 0·389 0·381 0·374 0·367 0·361 0·355 0·348 0·342 0·336 0·330 0·325 0·320 0·315 0·310 0·305 0·301 0·296 0·292 0·288 0·284 0·280 0·276 0·272 0·269 0·265 0·261 0·258
Presrco Bar Men
Volumen m3lkg
13·55 13·90 14·24 14·58 15·30 16·03 16·77 17·52 18·30 19·09 19·89 20·71 21·56 22·41 23·23 24·15 25·07
6·50 6·60 6·70 6·80 6·90 7·00 7·10 7·20 7·30 7-40 7·50 7·60 7·70 7·80 7·90 8·00 8·10
0·255 0·252 0·249 0·246 0·243 0·240 0·237 0·235 0·232 0·229 0·227 0·224 0·222 0·219 0·217 0·215 0·212
25·98 26·93 27·87 28·82 29·82 30·82 31·83 32·86 33·90 34·95 36·04 37·14 38·23 39·36 40·50 41·66 42·83 44.02 45·21 46·43 47·66
8·20 8·30 8·40 8·50 8·60 8·70
0·210 0·208 0·206 0·204 0·202 0·200
8·80 8·90 9·00 9·10 9·20 9·30 9·40 9·50 9·60 9·70 9·80 9·90 10·00 10·20 10·40'
0·198 0·196 0·194 0·192 0·191 0·189 0·187 0·185 0·184 0·182 (>181 0.179 0·177 0·174 0·172
Factor de preSión
48·91 50·19 51·47 52·77 54·08 55·39 56·72 58·08 59·44 60·85 62·24 63·68 65·07 66·53 68·00 69·47 70·96 72·49 73·99 75·54 77·11 7S·66 80·26 81·87 83·49 85·06 86·70 88·37 90.Q5 91·73 93·46 95·17 96·92 98·68 100·4 102·2 105·8 109·5
Presión Ber Man.
Volumen mJ/kg
Factor de presión
10·60 10·80 11·00 11·20 11·40 11·60 11·80 12·00 12·20 12·40 12·60 12·80 13·00 13·20 13·40 13·60 13·80 14·00 14·20 14·40 14·60 14·80 15·00 15·20 15·40 15·60 15·80 16·00 16·20 16·40 16·60 16·80 17·00 17·20 17·40 17·60 17·80 18·00
0·169 0·166 0·163 0·161 0·158 0·156 0·153 0·151 0·149 0·147 0·145 0·143 0·141 0·139 0·135 0·133 0·132
113·2 117·0 120·9 124·8 128·7 132·8 136·9 141·0 145·3 149·5 153·9 158·3 162·8 167·2 171·9 176·5 181·1
0·130 0·128 0·127 0·125 0·124 0·122 0·121 0·119 0·118 0·117 0·115 0·114 0·113 0·111 0·110 0,109 0·108 0·107 0·106 0·105 0·104
185·9 190·6 . 195·5 200·4 205·5 210·4 215·7 220·8 226·0 231·3 236·4 241·8 2474 252·8 258·4 264·1 269·9 275.5 281·5 287·3 293·2
Tabla 3 Diámetro 15 mm !-S"
F
20 mm
*"
25
mm 3~ mm 1%" 1"
40 mm
50 mm
65 mm
80 mm
1~"
2"
21>"
3"
de la cañería 100 mm 4"
12S mm S"
150 mm 6"
17S mm 7"
200
mm
8"
24·12 3·316
48'96 3'862
75·96 4-304
154 8 5 ) 17
279'4 5·975
525·6 7"738
7272 7 474
957·6 7'980
14·40 3·144
27·72 3·811
56·16 4'430
87'12 4'937
177-8
5'879
320'8 6·861
554'4 8' 162
835·2 8'584
10· 44 3·129
16·20 3·537
30·96 4·257
62'64 4'942
97' 56 5·528
198'7 6·569
358'2 7'661
579,6 8.533
932·'4 9'583
1,· 88 3· 561
18'36 4·009
34·56 4·752
70' 56 5·566
109'8 6·222
223·6 7·390
403·2 8·624
651'6 9'593
22S mm 9"
2S0 mm 10"
300 mm 12"
1379 8 ·809
1868 9 342
2963 10.70
1098 90150
1584 10·12
2146 10'73
3406 12'30
1224 10·20
1768 11 ·29
2398 11'99
3816 13.78
1051 10'80
1379
1987 12 '70
2696 13'48
4284 15'47
3035 15·17
4824 17·42
0,0001'0
x Y
0,00013
'
0,00016
x y
0,00020
x Y
0,00025
x y
6·12 3·289
13· 32 3·992
20·52 4'·480
38·88 5·346
79·56 6·276
123' 5 6·997
251 '6 8·318
453·6 9'702
734·4 10·81
1181 12'14
1552 12·93
2236
0,00032
x y
7·20 3·870
f5' 48 4·640
23·40 5·109
44·28 6-088
90'36 7'128
140'8 7·976
286'6 9·472
518·4 11 '09
835· 2 12·30
1346 13'84
1771 14·76
2549 16·28
3456 17'28
5472 19'76
0,00040
x y
4'32 3·671
7·92 4·257
17· 28 5· 179
26·28 5·738
50-04 6'880
101'9 8·037
158'4 8·976
322·6 10·66
583·2 12·47
943·2 13·89
1516 15·58
1991 16'59
2869 18·33
3708 18·54
6156 22·23
0,00050
x y
4·68 3'977
9·00 4·837
19· 44 5· 827
29.52 6·445
56·16 7,722
114·5 9'031
178'2 10·10
363·6 12·02
655'2 14·01
1058 15'58
1706 17'54
2239 18,66
3229 20·63
4392 21'96
6948 25.09
0,00063 ;
5·40 4'588
10·08 5· 418
21· 96 6· 582
33·48 7'310
63'72 8·761
129·6 10'22
201 ·6 11'42
410,4 . 13·57
741 '6 15·86
1199 17'65
1922 19·76
2531 21·09
3639 23·23
4968 24'84
7848 28'34
6·12 5·200
11· 52 6·192
24· 84 7· 445
37·80 8·253
72·36 9'949
146·9
228'6 12·95
464·4
15.35
838·8 17-94
1357 19..98
2189 22'50
2873 23·94
4140 26·45
5616 28·08
8892 32'11
28· 08 8· 416
42·84 9·353
81 '36
165· 6 13'06
257'4 14'59 .
525'6 17·37
943·2 20'17
1530 22'52
2506 25-73
3233 26·94
4644 29'67
6336 31·68
10010 36014
32·04 9· 603
48·96 10·69
93·24 12·82
14·99
295·9 16·77
601 ·2 19·87
1087 23'25
1757 25·86
16· 56 8·901
36·00 10· 79
54·72 11'95
104'0 14·30
212·0 16'73
330·1 18·71
673·2 22·25
1213 29·95
61'56 13·44
117·4 16·14
238·7 18·83
370·8 21 '01
756·0 24·99
1364 29'18
0,00080 0,0010 0,0013
y
x y x y x y
0,0016 0,0020
x y
, Y
0,0025 0,0032
x y x Y
0,0040
x y
0,0050 0,0063
x y x Y
0,0080 0,010 0,013 0,016 0,020 0,025
x y x y x y
, y x y x Y
0,032 0,040 0,050 0,063
x y
x y x y x Y
0,080
x Y
0,10 0,13 0,16 0,20 0,25
, y x y x y x y x Y
0,32 0,40
x y x Y
0;50 0,63 0,80 1,0 1,3
x y x y x y x y
, Y
2·52 4,013 2·88 4·586 3·60 5·733 3·96 6·306
6·84 5·812 7·92 6·730 9·00 7'647
12.96 6·966 14· 76 7·933
11' J9
11' 59
190'1
11 '49
14'28
2830 29'08
3708 30,90
5364 34-27
7272 36'36
11520 41·60
1962 28· 88
_ 3161 32'49
4140 34 '50
5976 38'18
8100 40·50
12860 46-42
2207 32· 49
3556 36·56
4680 39-00
4·32 6·880
10·08 8'565
18·72 10·06
40· 32 12· 08
6732 43'01
9108 45·54
14470 52·26
5·04 8·026
11·52 9'789
20·88 11· 22
45· 36 13' 59
69·48 15·17
132·1 18·17
268·9 21 ,21
417-6 23'66
849'6 28·08
1534 32·'30
2484 36,57
3996 41 '07
5256 43'80
7560 48'30
10260 51 ·30
16270 58'76
5·76 9'173
12·96 . 11' 01
23·76 12-77
51· 84 15· 54
79·20 17·29
150·5 20'69
306'4
475·2 2693
972·0 32·13
1750 37,42
2830 41 '66
4558 46·84
5976 49·80
8640 55 ,20
11700 58·50
18580 67'08
6·48 10·32
14'76 12·54
27·00 14'51
58· 30 17·48
88·92 19·41
169'2 23·26
344·5 27·18
536·4 30·40
1091 36'06
1969 42·12
3186 46'90
5112 52·54
6732 56'10
9720 63'10
13180 65·88
20880 75·40
7·20 11·47
16·56 14·07
30·24 16·25
65· 52 19· 64
100·1 21·85
190·4 26'18
388·8 30·67
604'8 34'27
1228 40'58
2214 47 ·35
3586 52·79
5760 59,20
7596 63 '30
10910 69 '69
14830 74·16
23510 84'89
7·92 12·61
18·72 15·91
34·20 18·38
74·16 22·23
113·0 24'68
215·3 29·60
439·2 34·65
684-0 38'76
1390 45·93
2502 53·51
4068 59'89
6516 66 ·97
8460 70 '50
12350 78·89
16740 83·70
26570 95'94
9·00 14'33
20·88 17·74
38·88 20·90
84·24 25· 25
128·5 28'06
24-4·4 33·61
496·8 39·19
774'0 43'86
1577
2840 60'75
4608 67·84
7416 76'22
9720 81 '00
13680 89'47
19010 95·04
30130 108·8
10·44 16·63
23'76 20·19
43·56 23·41
94·68 28· 38
14-4·7 31 '60
275·0 37·82
561 ·6 44'30
871 '2 49'37
1771 58·55
3197 68 ·38
5184 76'32
8316 85'47
10940 91 ·20
15770 100'7
21380 106.9
33910 122'5
11·88 18·92
27·36 23·25
50·04 26·90
109· 1 32·69
166·0 36·23
315,7 43·41
644·4 50·84
1001 54,71
2038 67·34
3672 78·54
5940 87'54
9576 98'42
12564 104·7
18110 115'7
24590 122·9
38880 140'4
13·32 21..21
30'24 25·69
55·80 29·99
121· 7 36· 47
185'4 40,48
351 '4 48'46
716'4 56·52
1116 63·24
2275 75·21
4104 87 ·78
6624 97'52
10660 109 ·5
1.4040 117 ·0
20230 129 '3
27430 137·2
43560 157·3
14·40 23·50
34·20 29·06
63-00 33 ·86
136·8 41'00
208·4 45.51
396,0 54'45
806'4 63'62
1256 71 -20
2560 84 '61
4608 98 ·56
7452 109·7
12020 123'6
15800 131 '7
22750 145 ·4
30890 154'4
48960 176·8
16·56 26·37
38'5~ 32'73
70·92 38·12
154·1 46·18
234· 7 51·25
446·4 61 '38
910'8 71 ·85
1415 80·]7
2880 95 ·20
5184 110·9
8388 123'5
13540 139·1
17860 148'2
25600 163 '5
34740 173·7
55080 198·9
19·08 30-38
43·92 37·32
80·64 43·34
175'3 52·55
267'5 58·40
507·6 69·79
1037 81 '79
1613 91 '39
3283 108·5
5904 126·3
9576 141 ·0
15410 158'4
20270 168·9
29200 186 ·5
39600 198·0
21 ·24 33'82
49'32 41'91
9';),72 48·76
197'6 59·24
301·7 65·71
572.4 78·70
1166 92·02
1814 102'8
3708 122·6
6660 142·4
10760 158'5
17350 178.3'
22790 189·9
32800 209·8
24·12 38·41
55·44 47011
102·2 54'95
222·1 66·57
338·8 73·96
644,4 88.60
1314 103·7
2041 115-7
4140 136,8
7488 160·2
12130 178· 6
19550 200·9
25670 213·9
27·36 43·57
62·64 53·23
115·6 62·11
251-3 75·31
381 ·6 83·32
727·2 99·99
1483 117·0
2308 130'8
4680 154'7
8460
13720 201·9
30·96 49'30
71·28 60'57
131 ·0 70·43
285·1 85·46
435·6 95'1'1
828·0 113·8
1685 132·9
2621 148'5
5332 176·2
9612 205·6
34-92 55·61
80·28 68·21
147'6 79·33
320·8 96·14
489·6 106·9
928·8 127·7
1894 149·4
2948 167·1
6012 198,7
39·96 63,64
92·16 78·31
169·6 91·14
367'2 110·1
561· 6 122·6
1069. 147.0
2178 171 ·8
3388 192·0
44,64 71'09
103,0 87,49
189·0 101'6
410·4 123·0
626·4 136·8
1192· 163·8
2430 191 '7
50'04 79·69
115'6 98·19
212·8. 114·3
460·8 138·1
705·6 154·1
1343· 184·6
2736 215·8
56·52 90·01
130'3 110·7
246·6 132·5
518· 4 155· 4
795·6 173· 7
1512· 207,9
64·44 102·6
148·3 126·0
272·9 146·7
590· 4 177· O
907· 2 198· 1
72·36 115·2
166.3 141-9
307-1 165·0
666·0 199· 6
81'36 129·6
187·9 159· 7
345·6 185·8 .
92·16 146·8
212.4 180·5
388·8 209·0
104'4 166·3
240·8 204·6
117'7 187·5 135-0 215'0
24· J 7
52·12
180-9
X
Caudal de vapor en kg/h
Y
Factor de velocidad
. 7
Distribución general y drenaje de cañerías
Parte del vapor que circula por las cañerías. se condensa debido a las pérdidas por radiación. Por ejemplo, una línea de 4" y de 100 m de longitud, bien aislada, conduciendo vapor a 7 bar y con una temperatura ambiente de 10°C, condensará aproximadamente 50 kg/h de vapor. Probablemente esto sea menos del 1 % de la capacidad conductora de la cañería, no obstante, significa que al cabo de una hora, esta cañería contendrá no solamente vapor, sino también 50 litros de agua; al cabo de dos horas 100 litros y así sucesivamente. Por lo tanto, se deben tomar para extraer este condensado.
algunas
previsiones
Siempre que sea posible, la cañería ptjncipal debe tener un declive de no menos del 0.5% en la dirección del flujo .de vapor. Hay una buena razón para ello. Si la cañería se eleva en la dirección del flujo de vapor, el condensado tenderá a retroceder cuesta abajo. Pero el flujo opuesto de vapor, que en general está viajando a velocidades cercanas a los 65-80 km" por hora, o aún mayores, barrerá el agua hacia arriba. De esta forma se hará extremadamente difícil acumular el agua y extraerla de la cañería y, además se favorecerá el golpe de ariete, y la' mezcla del agua con vapor pro-ducirá vapor húmedo.
Caño de pequeño diámetro
~~_.-
_._--
Trampa
Fig. 2 Vapor
Fig. 4 Vapor
Fig. 5
8
Instalación incorrecta
•
Permitiendo que la línea tenga un declive en la dirección del flujo de vapor, tanto éste como el condensado, están circulando en la misma dirección y se pueden formar puntos de drenaje en la línea para recolectar y eliminar el agua. Tales puntos de drenaje están situados, en general, a intervalos de 30-50 m. a lo largo de la cañería de vapor. Igualmente, deberán drenarse todos los puntos bajos del recorrido. Es importante
la formación
de un "bolsillo
de drenaje"
Un error común en las instalaciones de drenaje, consiste en soldar un caño de '12" Ó 3/4" en una cañería de diámetro mucho mayor, tal como puede verse en la Fig. 2. Esto es totalmente inútil, ya ·que sólo una pequeña parte del condensado puede drenarse a través del pequeño orificio de salida. Solamente se puede lograr una correcta eliminación del condensado si se forman bolsillos de drenaje de diámetro apropiado. Lo ideal es formar un bolsillo del mismo diámetro que la cañería principal, pero, si bien es práctico usar una T normal en las cañerías de hasta 4" de diámetro, se puede, por razones de economía,
Bolsillo drenaje
do
para vapor
~!!!!!!!!!):;~!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! •••... ¡:: ..,.. Condensado
Fig. 3
Instalación correcta
Trampas para vapor usar, por ejemplo, un bolsillo de 4" en una línea de 6"; uno de 6" en una línea de 8" y así sucesivamente. En la Fig. 3 se puede observar un bolsillo correctamente instalado.
de drenaje
No existe dificultad alguna en darle un declive adecuado a un tramo de cañería de gran longitud, si se adopta una instalación similar a la mostrada en la Fig. 4. De esta manera, no estamos restringidos en la pendiente de la cañería, ya que después de cada tramo, ésta sube para recuperar la altura inicial, y cada subida nos provee de un .punto de drenaje ideal. Este sistema de drenaje se usa, a menudo, cuando hay que darle a la cañería una pendiente adecuada, mientras que el piso sube en la dirección del flujo de vapor, tal como se muestra en la Fig. 5. Algunas veces puede ser necesario aumentar la frecuencia de los tramos de elevación, de acuerdo con la subida del nivel del piso. Evidentemente siempre existe algún caso particular donde es imprescindible instalar la cañería con una pendiente en sentido contrario al que hemos recomendado. En esos casos es necesario controlar que tanto la velocidad como la frecuencia de drenaje sean adecuadas. El condensado está tratando de fluir cuesta abajo, en dirección contraria al flujo de vapor. Lo que debemos hacer es reducir la velocidad del vapor de modo tal que no fuerce al agua a subir nuevamente. En estos tramos en que la cañería se eleva, es necesario incrementar el diámetro para reducir la velocidad por debajo de 15 m/seg. y al mismo tiempo instalar bolsillos de drenaje a intervalos más frecuentes para prevenir una acumulación de condensado en la línea.
La elección de una trampa para vapor que mantenga los bolsillos libres de condensado es relativamente amplia, pero teniendo en cuenta que aún en los mejores trazados se puede producir golpe de ariete, es mejor elegir uno de los tipos más robustos, como la trampa termodinámica Sarco TD-52 (Fig. 6) o bien el modelo TD-S-52, con filtro incorporado (Fig. 7) o la trampa Sarco 9rayton serie HM de balde invertido (Fig. 8). En algunas cañerías, particularmente en aquellas instaladas a la intemperie, el congelamiento también puede convertirse en un problema, y las trampas deberán estar adecuadamente aisladas. Esta prevención no es necesaria cuando usamos la trampa TD, ya que 'el congelamiento no le causa daño alguno. Hay algunos
detalles
que conviene
tener
en cuenta.
Sí en una línea horizontal se instala una válvula globo con el volante por encima de la cañería, el cuerpo de la válvula forma una barrera que interfiere el flujo de condensado hacia el siguiente punto de drenaje. Esto, generalmente se soluciona instalando la válvula de costado. Si instalamos un filtro en una línea de vapor horizontal, como en la Fig. 9, después de un cierto tiempo, el cuerpo se llenará de condensado y la única parte de la malla filtrante que continuará operando, será el área libre que se encuentra sobre el nivel del agua. Se puede aprovechar mejor landa el filtro de costado.
la malla filtrante;
insta-O
Una reducción en el diámetro de la cañería siempre debe hacerse usando una cupla de reducción excéntrica, como puede verse en la Fig. -10.
SPIRAX SARGa s. A. ALBERTO M. LOPEZ Opto. Técnico Comercial Goysne 14M •• Go.r.y Cruz 1205 - 55<7 • M:l",
. - _. Q •
Fig. 6
Trampa termodinámica
TD-52
Fig. 7
<1
Trampa termodinámica
TD-S-52
9
Fig. 8
Trampa de Balde Invertido Sarco Drayton serie HM Malla filtrante
Flg.9 Recuperación del Condensado Ya se ha editado un Folleto Informativo sobre la recuperación del condensado, pero quizá sea conveniente mencionar un caso particular que requiere un cuidado especial. Se trata de la descarga de las trampas en una línea de retorno de condensado inundada. Por ejemplo, en la presurizadá corre a lo principal, de modo que descarga de la trampa
Fig. 11 una línea de retorno largo de la cañería de vapor parece conveniente conectar la a esta línea de retorno.
Pero esto, casi seguro, originará de ariete ..
problemas
incorrecto
de golpe
La función de la trampa que drena la cañería principal es mantenerla siempre libre de condensado; por lo tanto se elige una trampa capaz de eliminar el condensado a la temperatura del vapor. . Esto significa que en la descarga, parte del condensado se convierte en revaporizado (vapor flash). Se producen, entonces, dos fenómenos que son la causa del golpe de ariete:
Fig.l0
1. El revaportzado que se expande, debe encontrar un lugar en la línea de retorno, pero como ésta está llena de agua y, además, bajo presión, sólo puede entrar forzando al agua que ocupa la cañería. 2. La inyección de revaporizado en el condensado frío, causará la condensación repentina de las burbujas de vapor . La solución obvia en un caso como éste, es hacer que la trampa descargue dentro del tanque, tal como se ve en la Fig. 12. Pero no siempre es práctico extender la descarga de la trampa, pues la unidad de bombeo siguiente puede estar muy alejada. Según lo ya explicado, la cañería deberá drenarse con una trampa que descargue el condensado a la temperatura del vapor, pero esto provocará la formación de revaporizado. Para eliminar este inconveniente, podemos usar una trampa termostática que retenga el condensado hasta que éste se enfríe por debajo de la temperatura de saturación correspondiente a la presión de salida de la trampa.
10
•• -
_~ Trampa para vapor
+....
Tanque
--¡;;;;;!;;;;;¡;;;;;;;;;;;;;;¡;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;¡¡¡¡¡¡¡¡;¡;;;¡~
Retorno de condensado
Bomba
Fig. 11
Pero esto no es práctico, porque puede causar el anegamiento de la cañería, de modo que a veces se adopta una solución de compromiso usando una trampa del tipo bimetálico de presión balanceada, como la mostrada en la Fig. 13. Debido a que opera según el principio de p-resión balanceada, elimina el condensado a una temperatura preestablecida por debajo de la del vapor saturado. AUNQUE ESTA TRAMPA NO SIEMPRE PUEDE ELIMINAR TODO EL REVAPORIZADO, LO REDUCE CONSIDERABLEMENTE. Como la trampa abre cuando detecta una temperatura inferior a la del vapor, se debe tomar alguna previsión para enfriar el condensado antes que éste llegue a la trampa. Esto se puede lograr instalando un bolsillo de drenaje adecuado y un brazo enfriador sin aislar, de unos 2,00 ó 2,50 m., como se ve en la Fig. 14.
"J~~~ Trampa para vapor
.;;;;;;;;;;;~;;;;;¡;¡;;;;;;¡;;¡¡¡;;;;;;;¡;;;;¡¡¡¡¡;¡;¡iiiiiiiiiiiii~ Retorno de condensado
Bomba
Fig.12
Pero ésta no es la solución ideal; la única forma segura de resolver este problema es la instalación que se muestra en la Fig. 12.
.Expansión Los caños expanden.
se instalan
en frío
y, al calentarse,
se
En la Tabla 5 se puede ver la expansión aproximada de las cañerías de acero standard cuando se instalan a 169 C.. No tiene sentido tender una cañería con el declive apropiado, puntos de drenaje, etc., si al circular el vapor, nuestra instalación queda distorsionada por la expansión. Deben tomarse precauciones para que la línea, cuando entre en contacto con el vapor, permanezca exactamente igual que cuando se instaló en frio, cumpliendo con las condiciones previstas en el diseño. En muchas cañerías de pequeño diámetro, poca longitud y con muchas curvas, hay suficiente movimiento en los accesorios como para permitir la expansión. En cañerías 'de mayor diámetro y en aquellas instalaciones donde haya largos tramos de cañería recta, se deben tomar, en cambio, algunas precauciones. A veces, se hace tensionando la cañería principal cuando está fría, pero es mucho más común, usar alguno de los expansores o juntas de expansión que se mencionan a continuación:
Fig. 13
Trampa
bimefálica
Sarco
Tabla 5 Temperatura
Final
Expansión
cada 10 m.
6,3°mm 939C
9,6 mm
1219C
13,3 mm
1499C
16,7 mm
1779C
20,0 mm
2049C
24,2 mm
2329C
27,5 mm
2609C
31,7 mm
Brazo enfriador
Trampa
para vapor
Fig.14
11
Fig.15
Fig.16
Espiral Completa Se trata simplemente de un giro de 3609 realizado por la cañería; es preferíble instalarla en posición horizontal para evitar la acumulación de condensado. Ver Fíg. 15. Colocada horizontalmente, el vapor debe ingresar por la parte superior y salir por la inferior, debiéndose tener cuidado de no colocarla al revés. La espiral completa no produce una fuerza que se opone a la expansión de la cañería, pero con presión de vapor dentro de la espiral, hay una ligera tendencia a desenrollarse, lo que produce una tensión adicional en las bridas.
Lira u Omega Este tipo es muy usado en aquellas instalaciones donde hay espacio disponible. Es mejor colocarla horizontalmente de modo que la lira y la cañería estén en el mismo plano, ver Fig. 16.
Fig. 17
La presión no tiende a separar los extremos de la lira, pero hay una pequeña tendencia a la deformación que no causa inconvenientes en las bridas. Si se instala verticalmente, bolsillo de drenaje a la entrada
hay que colocar de la lira ..
un
Junta deslizante o telescópica A veces se usa porque ocupa poco espacio, pero es indispensable que la cañería esté rígidamente anclada y guiada. Esto se debe a que la presión del vapor, actuando sobre la sección normal del manguito, tiende a separar la junta, oponiéndose a la fuerza producida por la expansión de la cañería. Además, cualquier desalinearniento hará que el manguito deslizante se doble. Ver Fig. 17.' . ' También se requiere un mantenimiento empaquetadu ra del prensaestopa.
Fig.18
regular' de la
Juntas de expansión, a fuelle Un simple fuelle, como' el qué se muestra en la Fig. 18, tiene la ventaja que no requiere empaquetadura, pero tiene también la misma desventaja que las juntas deslizantes en el sentido que la presión interna tiende a expandirlo. Por eso los anclajes y guías deben ser capaces de soportar esta fuerza de expansión.
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Los fuelles pueden tambíén incorporarse a un accesorio de expansión adecuadamente, diseñado como el que se muestra en la Fig. 19, el que puede absorber no solamente movimíentos axiales, sino también desplazamientos laterales y angulares.
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Fig.19
12
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Anclajes Tope
Los anclajes de la cañería, en puntos situados entre las juntas de expansión, son indispensables para hacer que éstas realicen adecuadamente su trabajo. Si la cañería puede moverse libremente, entonces no hay algo que obligue a la junta de expansión a comprimirse y absorber la dilatación. Hemos explicado que algunos tipos de juntas de expansión ejercen una fuerza opuesta al movimiento que deben absorber. El uso de tales juntas debe evitarse si se quiere reducir al mínimo las fuerzas aplicadas sobre los anclajes.
Abrazadera
Tope
Fig.20
Cuando anclamos una línea horizontal, es casi siempre indispensable soldar topes sobre la línea, como se muestra en la Fig. 20, o usar bridas como se ve en la Fig. 21.
Soportes y Abrazaderas Es importante recordar que aunque se pueden permitir algunos movimientos laterales de la cañería, .Ios movimientos verticales deben ser limitados para no interferir con la caída hacia los puntos de drenaje.
Ramificaciones
de la Cañería
Principal
Fig. 21
Todas las ramificaciones se deben tomar, en general, de la parte superior de la cañería principal, para proveer al equipo de vapor lo más seco posible. Siempre habrá condensado en el fondo de la cañería principal viajando hacia el próximo punto de drenaje, y si la ramificación se toma de la parte inferior, entonces actuará como un drenaje adicional y se suministrará al equipo una mezcla de vapor húmedo y condensado. En realidad, cuando una ramificación desciende, por ejemplo, desde una cañería principal elevada para abastecer un equipo a nivel del piso. entonces el punto bajo antes de alcanzar la máquina, también debe ser drenado como se ve en la Fig. 22. Esto es particularmente necesario si se instala una válvula de control o una válvula reductora en esta linea, ya que una válvula diseñada para vapor no puede trabajar eficiente mente en una línea anegada.
Cañería Cañeria secundaria
Trampa para vapor
Fig.22
SPIRAX SARCa s. A. ALBERTO Dpto , Técnico
. -, o GOYena ~, 1205 -
M, LOPEZ
i_..
Comercial GOlloy Cruz
5547 - M2il,
13
Calidad del vapor
Ya hemos hablado y la temperatura del mismo llegue con la ficie de transferencia
sobre la relación entre la presión vapor y la necesidad de que el temperatura correcta a la superde calor.
Para una determinada presión, cualquier mezcla de aire/vapor está a una temperatura menor que la del vapor saturado, por lo tanto, controlando la presión no se garantiza la obtención de la temperatura correcta en el equipo de proceso. Es esencial hacer algo para eliminar el aire, tema que ha sido tratado en profundidad en el folleto titulado "Eliminación del Aire en Instalaciones de Vapor". Pero, como en este momento estamos tratando especificamente la d istri bución de vapor, sólo diremos unas pocas palabras sobre los efectos del aire. Cuando un equipo deja de funcionar, el vapor que queda en las cañerías se condensa, y éstas se llenan de aire. Cuando, desde la caldera, se reinicia la alimentación de vapor, éste pasa 11través del sistema de distribución como un pistón, empujando todo el aire de las cañerías hacia adelante. La rapidez con la que el vapor llegue a los equipos, estará determinada por la eficacia con que eliminemos dicho aire.
Uno de estos factores, o la combinación de algunos de ellos, pueden hacer posible que cierta cantidad de agua sea arrastrada por el vapor. Una causa muy común del agua de la caldera.
es el tratamiento
defectuoso
Hace algunos años, la Asociación Británica de Investigación de la Utilización del Carbón, realizó algunas pruebas interesantes sobre este fenómeno. Las mismas muestran que una caldera, operando con agua que tiene un contenido de sólidos de 2000 partes por millón, entrega vapor con el 5% de humedad, pero incrementando el contenido de sólidos a 3000 partes por millón, con una sobredosis de los componentes del tratamiento del agua de alimentación, la humedad del vapor se eleva al 35%. Estas partículas de humedad en suspensión en el vapor, no transportan Entalpía de Evaporización, incrementan la película de agua sobre la superficie de transferencia de calor, y pueden sobrecargar la trampa y el sistema de eliminación del condensado.
En algunos equipos que están en operación continua, esto solamente sucede una vez al año, cuando el equipo se pone en funcionamiento luego del cierre anual. Si, debido a. la carencia de buenos venteos, cincuenta operarios están parados durante media hora esperando que los equipos se calienten, hay veinticinco horas-hombre perdidas para ía producción. Además, en tales casos, el operador invariablemente abrirá la válvula de entrada de vapor a su equipo, de modo que el aire que se estaba eliminando de las cañerías pasa al espacio de vapor agravando así el problema. Particularmente, en aquellos casos en que los sistemas de distribución de vapor dejan de funcionar a intervalos frecuentes, se deben prever buenos venteos para la puesta en marcha.
Descarga de aire
Las trampas para vapor, elegidas para el drenaje de las cañerías principales son, generalmente, de un tipo que soporta golpe de ariete y rara vez tienen una capacidad de eliminación de aire adecuada. La solución es instalar un venteo, como se ve en la Fig. 23. Siempre nos referimos al vapor saturado como vapor saturado seco; aunque incorrectamente, ya que a la salida de la caldera el vapor tiene un porcentaje de humedad. Este porcentaje depende de muchos factores. El nivel de agua debajo de la toma; el efecto de los picos de demanda; la presión sobre la superficie del líquido y el contenido de sólidos en el aqua, entre otros.
14
Fig.23
Aunque esto se puede solucioriar, en parte, con un cuidadoso control de la sala de calderas, en la mayoria de las instalaciones industriales no se logra la alimentación de vapor saturado seco que es aconsejable para el buen funcionamiento de los equipos. La única forma en que se puede obtener, es usando un separador, como se muestra en la Fig. 24. En esta unidad, hay una placa deflectora, de modo que cualquier particula de humedad transportada por el vapor choca con esta placa, y. se dirige a la parte inferior, dejando que el vapor seco pase hacia el equipo de proceso. El agua, asi separada, se drena finalmente de una trampa para vapor.
por medio
Es una buena precaución colocar un separador en cada ramificación de la cañería principal para que los equipos tengan así un suministro de vapor seco.
Vapor sobrecalentado
En la puesta en marcha, cuando el vapor sobrecalentado entra al caño frío, cederá primero el calor que genera el sobrecalentamiento y luego se condensará como vapor saturado. Así, aunque cañería dvapor para eliminarlo trampearse.
hay menos condensado que en una saturado, se deben tomar precauciones y las cañerías de distribución deben
Se debe elegir una trampa que pueda trabajar la temperatura máxima del vapor.
con
Las trampas termodinámicas Sarco TD-52 y TD-S-52 trabajan con presiones ge hasta 42 bar y temperaturas de hasta 4309 C. Las trampas de balde invertido Sarco Drayton pueden soportar presiones de hasta 62 bar a una temperatura de 4250 C y de hasta 45 bar a 4550 C. Las trampas Sarco Drayton incorporan una válvula de retención para evitar la pérdida del "sello de agua" por reevapor.ación, cuando trabajan con vapor sobrecalentado. .
No hemos mencionado nada sobre el vapor sobrecalentado, porque en este Folleto Informativo nos dedicamos principalmente al uso de vapor para proceso o calefacción. El vapor sobrecalentado se usa principalmente para la generación de energia, donde se requiere que la expansión se realice sin que el vapor se humidifique. El vapor SObrecalentado, generalmente, no es práctico para proceso o calefacción, debido a que su temperatura en el equipo no puede ser controlada, y a que cede su calor mucho más lentamente que el vapor saturado. Teniendo necesitamos condiciones un mínimo ciente para principales, al punto de inicial.
en cuenta que para proceso y calefacción vapor saturado seco, se alcanzarán las ideales si podemos distribuir el vapor con grado de sobrecalentamiento, justo lo suficubrir las pérdidas de calor de las cañerías de modo que el vapor llegue saturado y seco uso, habiendo perdido el sobrecalentamiento
Esto, generalmente, no es práctico debido a que las diferentes longitudes del recorrido y las variaciones de la temperatura ambiente hacen imposible alcanzar el ideal de tener vapor saturado seco en todos y cada uno de los puntos de uso durante el tiempo de funcionamiento. En algunas de las mayores plantas industriales, el vapor sobrecalentado se usa primero para generar energía y luego se emplea en el proceso. Generalmente, está sobrecalentado cuando deja la estación generadora de energía, pero pierde gran parte de su sobrecalentamiento antes de alcanzar el equipo de proceso.
Separador
Vertícal
Separador
Horizontal
Fig. 24
Separado res Sarco
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; ....
.-.'.:
Aislación térmica
No pretendemos profundizar en el tema de la aíslación térmica, pero esta nota debe servir para recordar que TODA superficie que transmite calor: caños, bridas, válvulas, etc., debe estar adecuadamente aislada. No vamos a analizar esto desde el punto de vista del ahorro de combustible. La carencia de aisláción, o aún una aislación deficiente, puede ser causa de una excesiva pérdida por radiación, de modo que en la superficie interior de la cañería de vapor, se deposita una película de agua, que puede ser fácilmente arrastrada . y contribuye a la formación de vapor húmedo. Aún una buena ais laeión necesita conservarse en buen estado.
ser protegida
para
Ya hemos explicado que cualquier equipo debe mantenerse libre de aire, porque éste es un pésimo conductor del calor. Esta característica se aprovecha en la práctica para usarlo en la aislación de cañerías, ya que muchos de los materiales utilizados para ello están, en realidad, compuestos por millones de celdillas microscópicas de aire. Pero, si estas celdillas de aire se llenan de agua o se comprimen, la aislación pierde eficiencia, incrementando las pérdidas de calor.
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Por lo tanto, es indispensable proteger la envoltura aislante del agua. En la práctica, se comprueba que la aislación resulta deteriorada por las razones más irnprevistas: un ejemplo es el siguiente: en un establecimiento industrial, los operarios, para acortar el trayecto hasta el comedor, pasaban sobre las cañerías aisladas, de gran diámetro, que conducían vapor y producto. Por supuesto, la solución lógica fue un puente peatonal sobre las cañerias. Mientras estamos hablando sobre la reducción de las pérdidas de calor que se logra con la aislación, es importante recordar que otra causa de pérdidas es la cañería' sobrante. Es muy común que, cuando se elimina o traslada un 'equipo, simplemente se tapone la línea de alimentación de vapor, de forma tal que ésta permanece siempre llena de vapor. Esto puede ser muy costoso y debe evitarse eliminando toda la cañería superflua.
::;PIRAX SARCa s. A. ALBERTO M. LOPEZ Opto.
Técnico
Comercial
. -' ~ Goyenil.1
Cruz
Reducción de presión
Mucha gente genera vapor a una presión igual a la más alta requerida por sus equipos, o, en otros casos, la presión está fijada por los fabricantes de calderas, que establecen que éstas no deben ser operadas a presiones inferiores a 6, 7 ó 10 bar. Las opiniones varían, pero esta estipulación de presión mínima, está basada en el hecho de que, a bajas presiones, se produce un mayor arrastre de gotas de agua desde la caldera, de modo que existen más posibilidades de producir vapor húmedo. Cuando por alguna de estas razones, la presión de generación es mayor que la necesaria para los equipos de proceso, es conveniente distribuir el vapor a alta presión y reducir ésta en el punto de uso. De este modo, la caldera entrega vapor seco a través de cañerías principales de distribución pequeñas, que, por lo tanto, son menos costosas, y al reducir la presión en el punto de uso, se establece un control mucho más estricto en el equipo. No hay razón alguna para usar vapor a una presión más alta que la necesaria para el proceso, porque hacer esto puede elevar el costo de construcción del equipo, y, en ciertas circunstancias, puede incrementar las pérdidas 'por radiación. Pero, lo que es mucho más importante, es que a menudo, es necesario reducir la presión del vapor para disminuir la temperatura por debajo del límite crítico del proceso. De todos 'modos, por una u otra razón, es necesario, a veces, reducir la presión por medio de una válvula reductora. Donde la presión se reduce hasta loqrar los requerimientos de temperatura crítica de un proceso, se requiere un tipo sofisticado de válvula reductora, tal como la Sarco 25-P, como se muestra en la Fig. 25. El obturador principal de la válvula Sarco 25-P, es accionado por un diafragma operado por la presión de entrada. Pero ésta, a su vez, es regulada por una válvula piloto que registra la presión de salida. Cualquier variación en la demanda, que pueda cambiar la presión de salida, es inmediatamente registrada por la válvula piloto, que reacciona de modo de mantener la presión reducida constante. No siempre se precisa tanta exactitud en la presión reducida que se quiere controlar, como la que asegura una válvula reductora-reguladora Sarco 25-P. Hay muchas aplicaciones simples donde la carga es bastante constante y donde pequeñas variaciones en la presión no causan problemas, como por ejemplo, en el rodillo de una planchadora de lavandería. Para estas aplicaciones existe la válvula reductora BRV que se muestra en la Fig. 26. Esta es una válvula reductora de acción directa, también controlada por la presión de salida, pero, en este caso, actuando directamente sobre un fuelle para posicionar el obturador principal.
Fig. 25
Válvula reductora-reguladora
Sarco 25 P
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Teóricamente a la salida de una válvula reductora el vapor está sobrecalentado. Esto se verifica si el vapor que entra a la válvula está perfectamente seco, pero rara vez esto sucede. Como ya hemos señalado, cuando hablábamos de la calidad del vapor, éste está invariablemente húmedo, en cuyo caso, la válvula reductora tiene un ventajoso efecto de secado. Veamos esto con más detalle. Nosotros sabemos que el calor contenido' en el vapor permanece constante a ambos lados de las válvulas reductoras.
Como puede verse, la válvula Sarco 25-P debe instalarse con el caño de "torna de presión". Inmediatamente después de la válvula, se producen altas velocidades y mucha turbulencia; consecuentemente, la presión es inestable. Obviamente, si se requiere un coritrot estricto de la presión, debe elegirse el punto de "toma de presión" en algún lugar donde la turbulenda se haya suavizado y por lo tanto la presión sea estable.
Si por ejemplo, tenemos que el vapor a la entrada de la válvula es saturado seco a 7 bar, entonces de la Tabla 1 sacamos que la Entalpia Específica del Vapor es 2.769,1 kJ/kg. (el total de Entalpia Específica del Agua Saturada + Entalpia Específica de Evaporización). Suponiendo que la presión se reduce a 3 bar, entonces la Tabla 1 muestra que a esta presión el vapor saturado tiene una Entalpia Especifica de Vapor de 2.738,7 kJ/kg. Como lenemos presentes 2.769,1 kJ/kg., hay un exceso de 30,4 kJ/kg., lo que causa un ligero sobrecalentamiento. Pero, suponiendo que el vapor inicial a 7 bar no está seco y contiene un 5% de humedad, en otras palabras que tiene un título de 0,95, luego, y debido a que el agua no tiene Entalpía de Evaporización, la Entalpia del Vapor a la entrada de la válvula reductora será: 721,4
+
(0,95 x 2.047,7) = 2.666,7 kJ/kg
Esto también representa la Entalpía salida de la válvula reductora.
del Vapor
a la
La Entalpía del Vapor Saturado a 3 bar se compone de 605,3 kJ/kg. de Entalpía del Agua más 2.133,4 kJ/kg. de Entalpía de Evaporización. Si tenemos una Entalpía del Vapor de 2.666,7 kJ/kg., entonces por deducción 2.666,7 605,3, la Entalpia de Evaporización obtenible es 2.061,4 kJ/kg. Si el vapor a presión reducida está seco contendrá 2.133,4 kJ/kg., así que el contenido de Entalpía de Evaporización de 2.061,4 kJ/kg. representa un título de 0,97. En este caso, no se produjo sobre calentamiento, . pero al pasar a través de la válvula reductora, ha mejorado la calidad del vapor por el efecto del secado. En realidad el titulo se ha incrementado de 0,95 a 0,97. Hay una ventaja adicional si se instala un separador a la entrada de la válvula. Ningún separador es 100% E.ficiente bajo todas condiciones de carga, pero si el separador elimina, digamos, el 97% de la humedad del vapor antes que alcance la válvula reductora, entonces con el efecto de secado de esta válvula hay más posibilidad de obtener vapor seco o mucho más seco al entregario al equipo de proceso. Otra ventaja de un separador es que eliminará el agua que, de otra forma, debería pasar a través de la válvula reductora donde acortaría la vida útil del obturador y del asiento principal y, en el caso de la válvula Sarco 25-P podría entorpecer el funcionamiento de la válvula piloto, dificultando' el correcto control de la presión. La instalación recomendada se muestra en la Fig. 27. •
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Fig. 26
Válvula
reductora
Sarco BRV
Válvula de Seguridad Quizás no debamos dejar el tema de válvulas reductoras, sin hacer alguna mención a la válvula de seguridad. Si el equipo de baja presión ha sido diseñado de forma tal que es capaz de soportar la presión de la caldera, no son necesarias precauciones adicionales. Pero si el equipo a la salida de una válvula reductora ha sido diseñado para una presión máxima inferior a la presión de la caldera, entonces se deben tomar algunas precauciones para asegurar que no se sobrepase la presión límite de diseño bajo ninguna circunstancia. Esto se hace generalmente instalando una válvula de seguridad a la salida de la válvula reductora. Hay diferentes opiniones sobre el tamaño de esta válvula de seguridad.
Mucha gente elige una válvula de seguridad que tenga un diámetro 1V4 ó 1112 veces mayor que el diámetro de la válvula reductora. Realmente, esta regla práctica no tiene justificación alguna. De manera que la válvula de seguridad resulta, en general, una medida más grande que la válvula reductora y está destinada solamente a dar aviso de presión excesiva. Aunque esto es aceptable, es, en última instancia, una decisión que debe tomar la compañía de seguros.
Si el propósito de la válvula de seguridad es evitar que los equipos de baja presión estén sujetos a una presión excesiva, entonces la válvula debe dimensionarse para liberar el caudal máximo de vapor que puede pasar por la válvula reductora en su posición completamente abierta. Esto significa una válvula de seguridad relativamente grande. No obstante ello, el sentido común nos indica que esto es lo correcto y es un requerimiento de muchas compañias de seguros.
Válvula
de interrupción
Válvula de interrupción Separador
Filtro
----iJ ••===rr Trampa FT-551
Flg. 27
Instalación
recomendada
de una válvula
reductora
Sarco 25 P
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