USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA DEL VAPOR
C O N T R O L D E F L U I D O S
T [ºC]
Entalpía kJ/kg
100
0
419 26760
LVL-V
S-LS
hf
hg
hfghg = hf + hfg
Liquido saturadoVapor saturado
0º0ºCC
100ºC100ºC 100ºC100ºC
Estados del agua a presión atmosférica
Diagrama Entalpía v/s Temperatura
Usos del vapor saturado y sobrecalentado
Potencia
Vapor sobrecalentado
Proceso y calefacción
Vapor saturado
Entalpía en kJ/kg
Presión Manométrica Temp. Agua Evaporación VaporVolumen
Seco Saturado
bar ºC hf hfg hg m3/kg
0 100 419 2257 2676 1.6731 120 506 2201 2707 0.8812 134 562 2163 2725 0.6033 144 605 2133 2738 0.4614 152 671 2108 2749 0.3745 159 641 2086 2757 0.3156 165 697 2066 2763 0.2727 170 721 2048 2769 0.248 175 743 2031 2774 0.2159 180 763 2015 2778 0.19410 184 782 2000 2782 0.17711 188 799 1986 2785 0.16312 192 815 1973 2788 0.15113 195 830 1960 2790 0.14114 198 845 1947 2792 0.132
Entalpía en kJ/kg
Presión Manométrica Temp. Agua Evaporación VaporVolumen
Seco Saturado
bar ºC hf hfg hg m3/kg
0 100 419 2257 2676 1.6731 120 506 2201 2707 0.8812 134 562 2163 2725 0.6033 144 605 2133 2738 0.4614 152 671 2108 2749 0.3745 159 641 2086 2757 0.3156 165 697 2066 2763 0.2727 170 721 2048 2769 0.248 175 743 2031 2774 0.2159 180 763 2015 2778 0.19410 184 782 2000 2782 0.17711 188 799 1986 2785 0.16312 192 815 1973 2788 0.15113 195 830 1960 2790 0.14114 198 845 1947 2792 0.132
Propiedades del vapor de agua saturado
Agua de
reposiciónCondensado
Condensado
Vapor
Vapor
Vapor
Purgas de fondo 3%
Pérdidas en combustible
18%
Pérdidas en Distribución 5%
Condensado NO recuperado
Revaporizado 10%
Un Circuito de Vapor Real
Generadores de vapor y equipamiento de sala de calderas
1 Hogar.2 Tubos (2do paso).3 Tubos (3er paso).4 Cámara de combustión.5 Caja de humos frontal.6 Caja de salida posterior.7 Visor.8 Válvula de seguridad.9 Válv.salida vapor.10 Válv retención agua.11 Controles de nivel.12 Entrada de hombre.13 Conex.repuesto.14 Carcaza.15 Bomba agua.16 Panel de control.17 Quemador18 Ventilador 19 Silenciador ventilador
Calderas Humotubulares
Caldera Humotubular de 3 pasos
Vapor a 150 oC
1600 oC400 oC
350 oC
2º Paso (Tubos)
3er Paso (Tubos)
1er Paso (Hogar)
200 ºC
Calor por el interior de los tubos
Agua por el exterior de los tubos
Estanque deAlimentación
Agua de reposición Retorno de
Condensados
A Caldera
Sistema deRecirculación
Sistema de Control de
Temperatura
Sistema deControl de nivel
Venteo
Cabezal mezclador y desaireador
Efecto de un Nivel Demasiado Alto de SDT (Sólidos Disueltos Totales) en Calderas de Vapor
Obturación en intercambiadores
Suciedad en Válvulas de Control
Bloqueo de las trampas
Nivel alto de sólidos en
suspensión (SDT)
Controlador BC3200
Codo sondaCaldera
Válvula de purga BCV30
A un sistema de recuperación de calor o tanque de purgas
Válvula de corte
Sonda de conductividad CP30
Sistema Control de Purga BCS3
Uso del Calor Residual en el Agua
Intercambiador
Entrada de Agua Tratada
Agua Tratada
Purga
Estanque de Revaporizado
Estanque Alimentación
Caldera
•Considerando:
F = TDS agua alimentación (ppm)
B = TDS deseados en caldera (ppm)
S = Producción de vapor (kg/h)
P = Caudal de purga (kg/h)
Se obtiene la cantidad de agua a purgar:
P = F x S
B - F•Esta ecuación es válida para cualquier tipo de unidades
Cálculo de la Cantidad de Purga
Ejercicio 1
SDT máximo admisible
2.500 ppm
Presión de trabajo = 10 bar mTemperatura vapor saturado= 184 oC
Agua de alimentación con 250 ppm
Vapor a planta 10.000
kg/h
•Información suministrada por el usuario:
•F = SDT agua alimentación. (ppm) = 250 ppm
•B = SDT deseados en caldera (ppm) = 2.500 ppm
•S = Producción vapor (kg/h) = 10.000 kg/h
•Cantidad a purgar = F x S B - F
1. Calcular cantidad a purgarConsiderar SIN recuperación de condensados
Ejercicio 1
SDT máximo admisible
2.500 ppm
Presión de trabajo = 10 bar mTemperatura vapor saturado= 184 oC
Agua de alimentación con 250 ppm
Vapor a planta 10.000
kg/h
•Información suministrada por el usuario:
•F = 250 ppm•B = 2.500 ppm•S = 10.000 kg/h•Cantidad a purgar = B x S B - F
= 250 x 10.000 2.500 - 250
= 1.111 kg/h1.111 kg/h
1. Calcular cantidad a purgar. RESPUESTAConsiderar SIN recuperación de condensados
Ejercicio 1
SDT máximo admisible
2.500 ppm
Presión de trabajo = 10 bar mTemperatura vapor saturado= 184 oC
Agua de alimentación con 250 ppm
Vapor a planta 10.000
kg/h
Energía purga (kW) =
P [kg/h] x hf [kJ/kg]3.600 [segundos/h]
•P = Purga de superficie
•hf = Entalpía del agua a presión de trabajo
2. Calcular Energía removidaConsiderar SIN recuperación de condensados
Ejercicio 1
SDT máximo admisible
2.500 ppm
Presión de trabajo = 10 bar mTemperatura vapor saturado= 184 oC
Agua de alimentación con 250 ppm
Vapor a planta 10.000
kg/h
Energía purga (kW) =
1.111 [kg/h] x 782 [kJ/kg]3.600 [segundos/h]
= 241 [kW]= 241 [kW]
2. Calcular Energía removida: RESPUESTAConsiderar SIN recuperación de condensados
Recuperación de la energía
Una calefacción doméstica de una casa consume aproximadamente 13 kW, por lo que:
241
13 = Casi 19 casas
Recuperación de la energía
Utilizando un 50% condensado, 50% reposición•Información suministrada por el usuario:
SDT agua reposición (ppm) = 250 ppmSDT condensado recuperado (ppm) = 12 ppmSDT agua ingresada a caldera (ppm) = 130 ppm
SDT deseados en caldera (ppm) = 2.500 ppmS = Producción vapor (kg/h) = 10.000 kg/h
Cantidad a purgar = B x S B - F
= 130 x 10.000 2.500 - 130= 549 kg/h549 kg/h
Diferencia con situación anterior: Diferencia con situación anterior: ¡¡562 kg/h!!¡¡562 kg/h!!Equivale a Equivale a 122 kW ahorrados122 kW ahorrados,, 120.000 L/año de Fuel oil120.000 L/año de Fuel oil
Purga de fondo automática
Válvula con Actuador
Neumático
Temporizador
Caldera
Purga de fondo
• Válvula NO puede ser de globo
• Presión de diseño ≥ 25% Presión
caldera
• Sobre 100 psi (7 bar), se debe usar dos
válvulas en serie, una de ellas de
apertura lenta
Control de nivel de agua por botella
Caldera apagada:no hay burbujas, el visor
muestra el nivel real
Caldera con alta demanda:muchas burbujas, el visor
muestra un nivel inferior al real
Diferencia de nivel
Control electrónico: Sondas por Conductividad
Varilla metálica
Fuente de tensión
MedidorMedidor
Varilla metálica
Fuente de tensión
Agua Agua
Control On/Off por conductividad
Sonda LP10-4
Controlador LC1000
BombaAlim. Agua
Capacidad como una función del nivel de líquido
Dieléctrico
Placas del capacitor
Medición de la capacidad
Punta de prueba
Material dieléctrico
Ca
mb
io e
n n
ive
l
Profundidad de la inmersión
Control Electrónico Modulante por Capacitancia
BombaAlim. Agua
Actuador EL5500 y valv. de control tipo KE.
Sonda capacitiva LP20 y pream . PA20
Controlador LC2200
Circuito de vaporLíneas de distribución
Tres Grandes temas en distribución
Dimensionamiento de Tuberías Dilatación en tuberías Formación de Condensado
Circuito de vaporDimensionamiento de Líneas de Vapor
Dimensionamiento de tuberías
Mayor Costo Mayores Pérdidas de
Calor Se Forma Mayor
Volumen de Condensado
Menor Presión en los Equipos de Vapor
Caudal de Vapor Insuficiente
Golpe de Ariete y Erosión
Diámetro de la tubería para 5.000 kg/h de Vapor saturado a 7 bardonde se desea una velocidad de 25 m/s
Ejercicio 2
Dimensionar una línea de vapor
Requerimientos del proceso
Dimensiona-miento de tuberías: Gráfico
Método de Velocidad
Diámetro de la tubería para 5.000 kg/h de Vapor saturado a 7 bardonde se desea una velocidad de 25 m/s
RESPUESTA EJERCICIO 2
Dimensiona-miento de tuberías: Gráfico
Método de Caída de presión
Dimensionamiento de tuberías
Otros métodos: Software de
Cálculo / Regla de Cálculo
Circuito de vaporExpansión de tuberías
Gráfico de Expansión para Tuberías de Acero
Temperatura del Vapor Saturado
Dilatación de la Tubería (mm)
Lo
ng
itu
d d
e T
ub
ería
(m
etro
s)
Diferencia de Temperatura oC/
bar g 1 2 3 4 5 7,5 10 15 20 25 30
Temperatura 120 134 144 152 159 173 184 201 215 226 236
Expansión para Tuberías metálicas
Lira y Fuelle
Omega o Lira Fuelle
Movimientos básicos de juntas
Movimiento Axial
Movimiento Lateral
Movimiento Angular
Distancia recomendada entre soportes o guías
D = Diámetro de la tuberíaL.MAX. = Distancia máxima recomendada entre guías
Circuito de vaporFormación de Condensado
Aislamiento Térmico
OBSERVACIÓN
100 m de tubería de 2’’ diámetro, transportando vapor a 10 barg introducen un consumo adicional de unos 180 kg/h de vapor.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
Espesor del Aislante [mm]
Re
sis
ten
cia
Te
rmic
aConvecciónConvecciónConducciónConducción
Efectos del condensado: Golpe de Ariete
Vapor
Condensado
proyectil
Vapor
condensado
Vibraciones y ruidos
causados por golpe de ariete
Vapor
Efectos del Golpe de Ariete
Reducción de cañerías
Reducción excéntrica
Reducción concéntrica
Correcto
Incorrecto
Condensado
Condensado
Filtros
Antes de una trampa para vapor o una válvula de control es imprescindible colocar un filtro y realizar su limpieza periódicamente.
Vapor y gases
Líquidos
Flujo vertical
Puntos de Drenaje de condensado de líneas de vapor
Condensado
Conjunto de Trampeo
Sección
Sección
Conjunto de Trampeo
Vapor
Vapor
•Correcto
• Incorrecto
Condensado
Título o Calidad del vapor(Vapor saturado seco / Vapor húmedo)
• Fracción seca
FS = vapor seco
vapor húmedo
• Xreal = FS · Xideal
Título o Calidad del vapor(Vapor saturado seco / Vapor húmedo)
Separador de gotas
Flujo
Rompedor de Vacío
Se requiere baja presióndiferencial para abrir la válvula
Junta de acero inoxidable
Cuerpo hexagonal
Conexión alsistema
Cuerpo y tapa debronce o aceroinoxidable
Conexión a la atmósfera
Válvula de precisiónde acero inoxidable
Durante la operación normal la válvula permanece sobre su asiento.En el punto de vacío, la válvula se eleva debido a la presión del aire atmosférico,evitando la formación de vacío en el espacio de vapor.
Aplicación Típica
Rompedor de vacío Aire
Cómo afecta el Aire en líneas de Vapor
Vapor a 1[bar g]
Aire
Co
nd
ensad
o
Incru
stacion
es
Pared
metálica
Incru
stacion
es
Pro
od
ucto
estancad
o
Producto
T vapor121 [ºC]
T Prod99 [ºC]
Cómo afecta el Aire en líneas de Vapor
Cómo afecta el Aire en líneas de Vapor
Ejercicio 3
Si la Presión del manómetro marca 5 [bar], y la temperatura del sistema es de 152 [ºC], ¿Cuál es el
porcentaje de vapor?
PTotal = Pvapor + Pgases
Cómo afecta el Aire en líneas de Vapor
Ejercicio 3; RESPUESTA
A 152 [ºC], la presión del vapor (según tabla), es de 4 [bar], luego
PTotal = Pvapor + Pgases
5 = 4 + Pgases
La cantidad de vapor es proporcional a su presión
Pvapor = 4 =
PTotal 50,8 = 80 %
Eliminación del Aire en líneas de vapor
Tubería de Vapor
Trampa para vapor
Aire
Eliminador de Aire de Presión
balanceada
Estudio sobre la Inteligencia
Tiempo: 1 Minuto
Escriba las respuestas en una hoja en blanco.
1. Continúe esta secuencia lógica: 25 Puntos
L M M
2. Corrija esta fórmula colocando sólo un trazo: 25 Puntos
5 + 5 + 5 = 550+ +3. Por favor, escriba cualquier cosa: 25 Puntos
4. Dibuje un rectángulo con tres líneas: 25 Puntos
Tiempo: 1 Minuto
¡AÚN TIENE TIEMPO!
Por favor, no vea las respuestas.
No mire el test del compañero.
Usted lo puede conseguir.
Las soluciones son fáciles, vuelva atrás e intente
hacerlo todo.
Estudio sobre la Inteligencia
Tiempo: 1 Minuto
Escriba las respuestas en una hoja en blanco.
1. Continúe esta secuencia lógica: 25 Puntos
2. Corrija esta fórmula colocando sólo un trazo: 25 Puntos
5 + 5 + 5 = 550+ +3. Por favor, escriba cualquier cosa: 25 Puntos
4. Dibuje un rectángulo con tres líneas: 25 Puntos
L M M J V S D Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo
Cualquier cosa
Estudio sobre la Inteligencia
Válvulas reguladoras de Presión
Utilización de vapor a presión de operación: Estación Reductora de Presión
Válvula reguladora de presión auto operada
Válv. Seguridad
FiltroSeparador de gotas
Cuadro de drenaje
Válv. corteVálv. corte
Manómetros
Válvula reductora de presión con piloto
Ajuste de presión
Resorte de control
Diafragma piloto
Conexión a cañería para sensor aguas abajo
Flujo
Válvula piloto
Resorte de retorno
Diafragma principal
Orificio de control
Válvula principal
Válvula reguladora de presión con piloto
Válvula reguladora de temperatura con piloto
Válvula reductora de presión de Acción directa
Resorte decontrol
Diafragma
FlujoVálvula de
control
Ahorro por Reducción y control de presión
I) CALENTAMIENTO DE TINAS DE AGUADATOS
- P: 10 barg
- Ti: 15 ºC
- Tf: 65 ºC
- m: 10000 kg
- t: 30 min
.
Ejercicio 4-1
1. Calcular requerimiento energético
USAR la ecuación para caudal energéticoQ =m*Cp*(Tf-Ti)/tCon Cp del agua = 4,184 [kJ / kg·ºC]
Ahorro por Reducción y control de presión
I) CALENTAMIENTO DE TINAS DE AGUADATOS
- P: 10 barg
- Ti: 15 ºC
- Tf: 65 ºC
- m: 10000 kg
- t: 30 min
.
Ejercicio 4-1: RESULTADO
1. Calcular requerimiento energético
USAR la ecuación para caudal energéticoQ = 10.000·4,184·(65-15) / 1.800 [s]Q = 1.162 [kJ/s]
Ahorro por Reducción y control de presión
I) CALENTAMIENTO DE TINAS DE AGUADATOS
- P: 10 barg
- Ti: 15 ºC
- Tf: 65 ºC
- m: 10000 kg
- t: 30 min
.
Ejercicio 4-2
2. Calcular Vapor necesario a 10 y a 2 barUSAR la ecuaciónmasa(vapor) = Q / hfc
Con hfc = Entalpía de evaporación a la presión X
Ahorro por Reducción y control de presión
I) CALENTAMIENTO DE TINAS DE AGUADATOS
- P: 10 barg
- Ti: 15 ºC
- Tf: 65 ºC
- m: 10000 kg
- t: 30 min
.
Ejercicio 4-2: RESULTADO
2. Calcular Vapor necesario a 10 y a 2 barMasa a 10 bar (vapor) = 1.162 [kJ/s] / 2.000 [kJ/kg] = 2.080 [kg / hora]
Masa a 2 bar (vapor) = 1.162 [kJ/s] / 2.163 [kJ/kg] = 1.923 [kg / hora]
Ahorro por Reducción y control de presión
I) CALENTAMIENTO DE TINAS DE AGUADATOS
- P: 10 barg
- Ti: 15 ºC
- Tf: 65 ºC
- m: 10000 kg
- t: 30 min
.
Ejercicio 4: RESULTADO FINAL
Diferencia de flujo: 157,1 [kg / hora] Costo del vapor : 15 [$ / kg vapor]
Ahorro =2356,5 [$/hr] Año 3840 hr $9.048.960
Ahorro por Reducción y control de presiónTabla de Dimensionamiento de válvula
reguladora de presión en vapor
Ahorro por Reducción y control de presión
I) CALENTAMIENTO DE TINAS DE AGUADATOS del VAPOR
- Pe: 10 barg
- Ps: 2 barg
- Q: 1.923 [kg/hora].
Ejercicio 4-3:Dimensionamiento de válvula
Trampas para Vapor
¿Por qué funciona una Trampa Para Vapor ?
Por la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la trampa. A esta diferencia de presiones se la
denomina
“Presión diferencial”
Por la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la trampa. A esta diferencia de presiones se la
denomina
“Presión diferencial”
Gráfico de Dimensionamiento de Trampas
Gráfico de Dimensionamiento de Trampas: Factores de Seguridad
GeneralCon control de
temperaturaDrenajes de líneas x2 -Calentadores x2 -Intercambiadores x2 x3Serpentines calentadores de aire x2 x3Serpentines sumergidos (drenaje bajo nivel) x2 -Serpetniens sumergidos (drenaje superior por sifón) x3 -Cilindros rotatorios x3 -Lineas de Tracing x2 -Prensas de platos x2 -
Regla General: Usar factor 2 para casi todos los casos, usando factor 3 para aquellos equipos calentadores con control de temperatura inicial y para aplicaciones con sifón
• Termostático– Presión balanceada– Expansión líquida– Bimetálico
• Mecánico– Flotador– Balde invertido
• Termodinámica
Trampas para vapor ISO 6704:1984
Trampa termostática de presión balanceada
Análisis del modelo BPT 13
– Ventajas• Pequeñas pero de gran capacidad• Eliminan aire• Resisten heladas y golpes de ariete• Autoajustables a variaciones de presión
– Desventajas• No usar cuando no se acepte anegamiento
de condensado
Trampa termostática de presión balanceada
I) Para el equipo presentadoDimensionar una trampa de presión balanceada, conociendo
- Presión diferencial = 1 barg
- Caudal = 200 [kg/hora]
Ejercicio 5
Operación de la trampa bimetálica
Análisis del modelo SMC 32
Operación de la trampa a flotador
Mejora de la FT 14HC
Diseño de la base de la FT14HC de 1” existente Diseño de la base de la FT14HC de 1” mejorado
Análisis del modelo FT 14
– Ventajas• Descarga continua de condensado• Se adapta a variaciones de presión y
temperatura• Con elementos termostáticos eliminan aire• Posibilidad de incorporar antibloqueo por
vapor– Desventajas• No resisten bien las heladas
Trampa flotador
I) Para el equipo presentadoDimensionar una trampa de flotador, conociendo
- Presión diferencial = 1 barg
- Caudal = 2.000 [kg/hora]
Ejercicio 6
Operación de la trampa de balde invertido
– Ventajas• Robustas• Resisten golpes de ariete– Desventajas • No resisten bien las heladas • No eliminan bien el aire • Pueden perder el sello de agua
Trampas de balde invertido
Operación de las Trampas Termodinámicas
Análisis del modelo TD 52
Trampas Termodinámicas
– Ventajas• Amplia gama de presiones• Robustas, compactas• Resisten golpes de ariete, vapor recalentado y heladas• Fácil verificación y mantenimiento• Normalmente fallan en posición abierta– Desventajas• No adecuadas para presión de entrada muy baja o
contrapresión mayor al 80% de la presión de entrada• No son buenas eliminadoras de aire
I) Para el equipo presentadoDimensionar una trampa termodinámica, conociendo
- Presión diferencial = 1 barg
- Caudal = 150 [kg/hora]
Ejercicio 7
Trampas Termodinámicas CoolBlue
Tapa aisladora
• Ciclo mas lento = Mayor duración
• Mas eficiente térmicamente
• Cierre hermético• Sin pérdidas de vapor en
operación• Temperaturas de
descarga ligeramente inferiores
Trampas Termodinámicas CoolBlue
• Íntegramente construidas en acero inoxidable• Rango de presión de operación 3.5 a 600 psig • Tamaños de 3/8” a 1”• Modelos con capacidad reducida para aplicaciones
con cargas bajas• Descarga on-off que facilita el test de funcionamiento
Trampas Termodinámicas CoolBlue
• Cuerpos con terminado ENP (Electroless Nickel Plated)
• Asientos y disco de acero inoxidable endurecido• Limpiable• Instalación horizontal o vertical• Amplio rango de capacidades• Disponible con Conectores Universales
Trampas Termodinámicas CoolBlue
Conectores Universales• Trabaja con todas las trampas
con conectores universales estándar
• Permite el recambio de una trampa en menos de 5 minutos
• Instalación horizontal con flujo de izquierda a derecha o viceversa (opcional)
• Facilidad de operación• Construcción robusta
Válvula corte Válvula corte
Filtro
Sensor de fuga
Trampa flotador
Válvula retención
Set de trampeo
Estudio sobre la Inteligencia
Tiempo: 3 Minutos
Escriba las respuestas en una hoja en blanco.
P1. ¿Cuánto duró la Guerra de los Cien Años (enfrentamiento que tuvo en vilo a la Europa medieval, en la que se enfrentaron Francia e Inglaterra)?
P2. ¿De qué animal procede el nombre de las Islas Canarias, que están en el Atlántico?
P3. ¿De qué color son las cajas negras de los aviones?
P4. ¿Cuál fue la duración de la Guerra de los Treinta Años (Guerra que afectó a Europa central en el siglo XVII)?
Estudio sobre la Inteligencia
Tiempo: 3 Minutos
Escriba las respuestas en una hoja en blanco.
P1. ¿Cuánto duró la Guerra de los Cien Años (enfrentamiento que tuvo en vilo a la Europa medieval, en la que se enfrentaron Francia e Inglaterra)?
P2. ¿De qué animal procede el nombre de las Islas Canarias, que están en el Atlántico?
P3. ¿De qué color son las cajas negras de los aviones?
P4. ¿Cuál fue la duración de la Guerra de los Treinta Años (Guerra que afectó a Europa central en el siglo XVII)?
116 años (de 1337 a 1453)
"Tierra de los Perros" (canis en latín)
Naranja
30 años, (1618-1648)
Pérdida de vapor vivo por orificios
CarbónToneladas/año x 1000 litros/año
Gas/añox 1000 kWh
1000
500400300
200
100
504030
20
10
54 1
2
345
2
345
10
0,5
1
2
34520
10
10
30405020
304050
10020
304050200
100300
100400500200
20008400 8400 2000 2000840020
304050
5
10
20100
304050200
300400 100500
1000
2000
200
300400500
1000
300040005000
Horas por añoHoras por añoHoras por año
Gráfico 1 Gráfico 2
Fuel Oil muy Viscoso
Modificación de la Fórmula de Darcy para el flujo de un fluido por un orificio
W = 0,00751 x E x d2 x (P/vg)1/2
• W: Flujo de vapor en [kg/hora]• E = 1 / (1- 4)1/2
• = d / D• d : diámetro orificio de trampa en [mm]• D: diámetro de tubería en [mm]• P: Presión diferencial a través de orificio en [mm de
agua]• vg: volumen específico de vapor en [m3 / kg]
Pérdida de vapor vivo por orificios en trampas
W = 0,00751 x E x d2 x (P/vg)1/2
Para su uso en trampas para vapor, se debe considerar:
• Donde el valor 0,3 es una valor empírico usado para caídas de presión en trampas
• Además al resultado final de la Fórmula, se debe multiplicar por un factor 0,25 aproximadamente, debido a los efectos de ensuciamiento, bloqueo parcial de orificio y geometría de la trampa que disminuyen la pérdida potencial de vapor
Pérdida de vapor vivo por orificios en trampas
agua de in
agua de mm25,4
agua de inPa
249,1
barPa
100.0000,3barPΔP
I) PÉRDIDAS POR UNA TRAMPA ABIERTA
Encontrar la pérdida de vapor y su equivalente en combustible, cuando una trampa con orificio de 10 mm, falla abierta
Ejercicio 8
CarbónToneladas/año x 1000 litros/año
Gas/añox 1000 kWh
1000
500400300
200
100
504030
20
10
54 1
2
345
2
345
10
0,5
1
2
34520
10
10
30405020
304050
10020
304050200
100300
100400500200
20008400 8400 2000 2000840020
304050
5
10
20100
304050200
300400 100500
1000
2000
200
300400500
1000
300040005000
Horas por añoHoras por añoHoras por año
Gráfico 1 Gráfico 2
Fuel Oil muy Viscoso
• Determinación Visual– Observación directa de condensado a la
salida– Instrumentos: Visores, válvulas de tres
vías– Ventaja: Método directo– Desventaja: Distinguir Flash v/s Vapor vivo– Proporción Vapor/condensado: ¡ 99%/1% !
Testeo de trampas
Testeo de trampas
• Método de prueba de temperatura– Instrumentos: Pirómetros, scanners
remotos, lápices (crayones) termosensibles– Aguas arriba - Aguas abajo
+ -
= = (Baja T)
= = (Alta T)– No permite decidir por sí sólo
Testeo de trampas• Sonidos de descarga
– Ultrasonido– Instrumentos: estetoscopios ultrasónicos– Reconocimiento por ciclo o por tipo descarga
TIPO DE TRAMPA
SIN CARGA
CARGA LEVE
CARGA NORMAL
SOBRECARGA
MODO DE FALLA
Flotador o Termostático
Sin acción
Usualmente continua pero cíclico a altas P
Continua Cerrada
Balde invertido Ruido leve
Intermitente Intermitente Continua Abierta
Termodinámica Sin acción
Intermitente Intermitente Continua Abierta
Sensor de fugas Spiratec®
TESTEO DE TRAMPAS: RELEVAMIENTO
Cálculo de líneas de retorno de condensado
Líneas comunes de condensado
Línea común 1 + 2
√202 + 202 = 28 [mm] 25 [mm]
Línea común 1 + 2 + 3
√282 + 152 = 32 [mm]
Estanque de Revaporizado
Condensado
Revaporizado
Agua remanente
Diseñado con baja velocidad para asegurar una correcta separación del revaporizado y el agua
Gráfico de producción de
vapor flash
Líneas de Retorno Inundadas
Vapor
Condensado
Purgador
Disposición Indeseable
Disposición Mejorada
Disposición Adecuada
Tubería Inundada
Tubería Inundada
Tramo enfriamiento
Purgador BimetálicoVapor
Condensado
Vapor
Condensado Receptor
Bomba
Purgador
Gráfico de Interrupción
Porcentaje de carga
Presión AtmosféricaPurg./
bombanecesario 0.5
2.6
Pre
sió
n b
ar r
7.0
5.2
3.8
1.7
1.0
0.4
Tem
per
atu
ra º
C
Contrapresión del sistema sobre el purgador
Temperatura de salida del producto
Presión y temperatura del
vapor a plena carga
Temperatura de entrada del
producto
Bombeo de condensado
Trampa bomba• En condiciones normales
actúa como trampa para vapor• En sobrecarga puede
accionarse como Bomba de condensado
• Relativamente baja carga y altura
Funcionamiento de Bombas de condensado mecánicas
Bombeo de condensado
• Incorporación de componentes revestidos de carburo de tungsteno que hacen posible prolongar la vida útil de la bomba.
• Eliminar virtualmente el desgaste entre las piezas que están en contacto.
La Bomba PTC- Pivotrol
El mecanismo Pivotrol
Contador de ciclos
Tapa con agarradera para facilitar el transporte
El anclaje del resorte y pivote central, proporcionan operación continua, y virtualmente, libre de fricción
Resorte de Inconel, resistente a la corrosión, garantiza prolongada vida útil
El pivote del flotador permite libertad de movimiento y evita vibración del resorte y fatiga prematura
Flotador reforzado capaz de soportar hasta 62 bar
Presión motriz hasta 13,8 barm
Soporte del mecanismo en Acero Inoxidable
El casquillo y el pivote de Carburo de tungsteno permiten una operación continua, virtualmente libre de desgaste
El brazo del mecanismo flotador mantiene al conjunto alineado, reduciendo las fuerzas que tienden a dañar el resorte
Una placa metálica elimina las fuerzas que impactan al mecanismo, protegiendo la vida de todos los componentes internos
Elevación de condensado
Juntas Rotatorias
Juntas Rotatorias
Innovaciones en Tecnología en Juntas Rotatorias
Auto-Soportadas Soportadas por Barras
Con Brazo Soporte
1950 20001970
Juntas Autosoportadas
• Comúnmente usadas en máquinas de pasada simple como Langston, United, S&S, etc.
• Buenas para bajas velocidades• Mejoras posibles en rendimiento
– Sellos con Antimonio (2 veces la vida útil)– Apoyo por medio de cuñas partidas para asegurar el
sifón
Juntas Autosoportadas
Cuñas Partidas y Plato de Presión
Sello con antimonio
Juntas Soportadas Por Barras
• Diseñadas para máquinas de velocidades moderadas a bajas
• Las barras ayudan a soportar la carga de las mangueras
• Mejoras tendientes a extender la vida útil– Sellos con Antimonio (2 veces la vida útil)– Apoyo por medio de cuñas partidas para asegurar el sifón– Sello Balanceado para soportar desalineamiento– Kit de sello para convertir la Junta tipo LJ en LJ-PT
Juntas Soportadas por Barras
Kit de sello LJ-PT
Juntas Montadas por Brazo
• Diseñadas para alta velocidad y larga vida útil
• Evita las cargas de mangueras flex
• Montaje seguro
• Duración del sello garantizada
Brazo Soporte
• Transmite seguridad dentro de la Junta• Brazo de 360°• Elimina carga de mangueras• Montaje directo en caja rodamientos
Sistemas de Flujo Directo y Doble
Entrada de
Vapor
Sifón
Salida de Condensado
Punta de eje
Pared
Juntas de Flujo Simple
Junta Rotatoria de Doble Flujo con Sifón Rotatorio
Sistemas de Flujo Directo y Doble
Junta Rotatoria de Doble Flujo con Sifón Estacionario
Sistemas de Flujo Directo y Doble
Junta Autosoportada Tipo SX
Junta rotatoria WH
Product Feature 1: Ball Bearings
INSTALACION DE JUNTAS
BASES DE UNA BUENA INSTALACION
• Alineación
• Mangueras flexibles adecuadas
• Barra antitorque (autosoportadas)
• Largo y altura de sifón estac. adecuados
Instalación correcta del ‘Q’ Nipple Flange
Cuando está bien instalado, el ‘Q’ nipple flange está paralelo al flange journal (del muñón).
Alineamiento de la Junta
• Una junta está desalineada cuando la línea de centro interna de la junta no está alineada con el centro del muñón
Mangueras Metálicas Flexibles
• Cuando están bien instaladas, permiten que la junta se mueva para compensar el desgaste de los sellos de carbón
• Cuando están bien instaladas, sacan la carga por expansión térmica del piping fuera de la junta
MANTENCION DE JUNTAS
Partes desgastables que se deben cambiarsegún su estado:• Sellos• Guías (Sólo en juntas tipo S)• Nipple o tubo conector central• Collar de empuje• Placa de desgaste• Resorte• Prensa de estopa (Sólo juntas tipo N o SN)
Identificación de piezas
MANTENCION DE JUNTAS
• Para desarmar una junta rotatoria se debe parar la junta con su tubo conector hacia abajo, apoyada sobre un banco de trabajo.
MANTENCION DE JUNTAS
Frecuencia de cambio de repuestos para JuntasTipo S, J y N:SELLOS 6 meses a 4 años o másGUIAS Dos veces el selloFLANGE DESGASTE 2 a 6 añosCOLLAR EMPUJE 1 a 4 añosRESORTE 3 a 6 añosNIPPLE 1 a 4 añosPRENSA ESTOPA 1 a 4 añosLos plazos indicados consideran alineación adecuada.En general a mayor velocidad y presión, mayor desgaste.
DIMENSIONAMIENTO
Factores que afectan al tamaño de la junta
para un mismo flujo:• Flujo simple o doble• Vapor - Veloc máx 50 m/s – Recom 30 m/s• Agua – Veloc máx 3 m/s – Recom 2 m/s• Agua/Vapor – Veloc máx 20 m/s – Recom 10 m/s• Agua caliente – Veloc recomendada 5 m/s• Aceite térmico – Veloc recomendada 6 m/s
DATOS PARA SELECCIONAR
• Determinar si será de flujo simple o doble• Indicar flujo y presión de entrada a la junta• Indicar velocidad de rotación• Indicar temperatura de operación• Indicar tipo de conexiones deseadas• Si es Junta existente informar las
dimensiones K, M, P, S, N, O
Termocompresores
Componentes del Termocompresor
Entrada de Vapor de Succión
Entrada de Vapor Motriz Descarga de
Vapor Motriz
Expande para la descarga a
la presión deseada
Mezcla acelara para alta velocidad
Actuador
Ecuación de Bernoulli
Velocidadde PresiónρV21
VelocidadV
Estática PresiónP
V21PV2
1P
2
22
1
2211
Como la presión es reducida, la velocidad debe aumentar Vapor motriz expande de la aguja para alta velocidadVelocidad es reducida en el difusor para descarga, la presión es mayor
Perfil de Velocidad
Vapor motrizBaja Velocidad
Vapor de SucciónBaja Velocidad
Jacto motrizVelocidad muyalta
Cámara de mezclaAlta Velocidad
Cámara de expansiónVelocidad cae
¿Cómo trabaja?
Presión descargaBaja Velocidad30 mps
Razones de Diseño
Pm = Presión Motriz
Mm = Flujo Motriz
Ps = Presión Succión
Ms = Flujo Succión
Pd = Presión de Descarga
Md = Flujo de Descarga = Ms + Md
M
S
S
D
S
M
MM consumo de Razón
2PPCompresión de Razón
1.4PPExpansión de Razón
P = Presión Absoluta
Razón de Consumo
• Medir eficiencia del Termocompresor– Queremos minimizar la cantidad de vapor de alta presión
necesaria• La Razón de Consumo depende de:
– Presión de Vapor Motriz– Razón de compresión necesaria– Diseño del Termocompresor
• Geometría de la aguja y la garganta (crítica para la eficiencia del diseño)
• Tamaño de la garganta (superdimensionada es malo)
Motriz VaporMasa de Flujo
Succión de VaporMasa de FlujoM
M Consumo de RazónM
S
Consideraciones Energéticas
• Vapor de media / alta presión es caro– Vapor motriz no pasa por las turbinas para generar electricidad
HP Boiler
PRV
Condensate return
Blow through steam
850 psi steam
400 psig
PM DRYERS
Generator Turbine
165 psig
65 psig
Misc. MillSteam Users
HP Boiler
PRV
Condensate return
Blow through steam
850 psi steam
400 psig
PM DRYERS
Generador TurbineTurbina
165 psig
65 psig
Misc. MillSteam Users
Consideraciones Energéticas
• Minimiza el uso de vapor motriz– Usar sifón adecuado
• Minimiza el uso de vapor de arrastre• Sifones estacionarios pueden reducir el uso de vapor motriz en
75% comparado al rotatorio• A veces es posible reducir el tamaño de los sifones rotatorios
– Tamaño correcto del termocompresor• Termocompresores superdimensionados son menos eficientes
– Proyecto correcto del termocompresor• Diseño de alta eficiencia
– Geometría de la aguja y garganta es crítica para la performance
– Uso del termocompresor tipo booster para maximizar el uso de vapor de baja presión
Eficiencia del Termocompresor• Geometría del termocompresor tiene un gran impacto en el uso de
vapor motriz– Gargantas superdimensionadas son ineficientes– Aguja para la geometría de la garganta es importante– Larga sección cónica convergente antes de la garganta es
ineficiente para la operación
• Dimensionamiento preciso es esencial– No se “informan más o menos” las condiciones de operación – El termocompresor es proyectado de acuerdo con las
características del sifón
• Modelo CFD (Computational Fluid Dynamic) es una herramienta esencial– Tecnología moderna junto con la vieja “arte”
Proyecto del Termocompresor
Conversión ineficiente de energiía
Proyecto Convencional
Alta velocidad en la área de mezcla resulta en más energía cinética disponible para conversión para presión
Proyecto Kadant Johnson de Alta Eficiencia
Modelo CFD
TC con una no óptima introducción de vapor de
succión y descarga del tacto motriz
TC con una óptima configuración
• Razón de consumo mejora en 20%
• Menos vapor motriz requerido
Sumario Termocompresores
• Los Termocompresores son herramientas de energía eficientes que pueden ser usadas para control de secadores y aplicaciones de aumento de presión
• El correcto dimensionamiento es crítico para la performance– Previsión precisa de los flujos de operación y presiones– Casar las curvas del sifón con la performance del Termocompresor – No Sobredimensionar– Aumento del vapor motriz– Control pobre– Si cambiamos los sifones rotatorios para estacionarios tenemos que
cambiar los termocompresores
• Geometría de los TC es crítica para obtener la mejor eficiencia– Un termocompresor con geometría pobre va a trabajar pero con un alto
consumo de vapor motriz (alto costo)– El modelo CFD es una buena herramienta para optimizar la geometría
Válvulas de corte
Válvulas de corte
PRINCIPALES FUNCIONES DE VÁLVULAS DE CORTE
• Mantenimiento, reparaciones o reemplazos de sus componentes
• Paradas de planta
• Diversificación de procesos
• Interrupción de determinados fluidos
GLOBO
MARIPOSA
ESFÉRICAS
Uso apropiado de válvulas esféricas
CONTROL DE FLUIDOS APERTURA Y CIERRE LENTO
APLICACIONES ON/OFFDiseñadas especialmente para…
VÁLVULA OPERANDO ENTREABIERTA
• Incremento de la velocidad del fluido comienza a erosionar los asientos
PÉRDIDA DE LA HERMETICIDAD
• Los asientos deformados no permiten el correcto cierre de la válvula
Construcción de la Válvula de Esfera
Cuerpo de acero al carbono o acero
inoxidable resistente a la corrosión
El eje a prueba de fugas protege al operario y evita las pérdidas por emisiones
Esfera rectificada con precisión
Manija enfundada con vinilo de color según
código
Conexiones de bridas, roscadas, SW o BW
La mayoría de versiones están disponibles con montaje ISO
Asientos blandos antiestáticos de R-PTFE o V-PTFE
Paso reducido (versión de paso total disponible)
Estanqueidad del eje
Construcción de la Válvula de Esfera
ESFERA
• Cada esfera se fabrica bajo rigurosas especificaciones de forma, dureza y terminación superficial
• Esfericidad: 20 m
• Rugosidad: 3 inch
ASIENTOS
• Material reducido mantiene la estanqueidad
• PTFE
• R-PTFE (incrementa resistencia mecánica)
• PDR 0.8
• PEEK (alta resistencia química y mecánica)
M10 V/S
M10 Vi/Si
M10 Hi ISO
M10 F/F ISO
M10 PM10 Pi
M10 HPM10 HPi
M10 Ti ISO
M15 ISO V/K
V-PTFEPDR-08
Steam @ 10 Bar gProcess
V-PTFEPDR-08
Steam @ 18 Bar g
PEEK
Steam @ 39 Bar g
PDR 0.8
FIRESAFEOPC
PDR 0.8
MPO: 145 Bar g
ACETAL
MPO: 350 Bar g
UHMWPE
Tobacco(Teflon free)
AISI 316L
Modulating Control
M70i/M80i
V-PTFEGlass-RPTFE
CleanSteam
Rango M10- 3 Piezas
M33V / M31V ISO
V-PTFE
Low pressure steam,Condensate,
Oils,Gases
M33S M31S ISO
PDR 0.8
Midium pressure steam,Process water,
Edible oil,Natural gas,
Glicol,Compressed air,
CO2,LPG
M31 TISO
UHMWPE
Tobacco (Teflon free)
M33 FISO
R-PTFE
OPCFIRESAFE
Rango M33 / M31 – 2 Piezas
M40 V
V-PTFE
LOW PRESSURE STEAM
CONDENSATEOIL & GAS
M40 S
PDR 0.8
MEDIUM PRESSURE STEAM
PROCESS WATER EDIBLE OILS
NATURAL GASGLYCOL
COMPRESSED AIRCO2LPG
M21 S
PROCESS
M40 F
R-PTFE
OPC PROCESSFIRE-SAFE
PDR 0.8
M20 S M20 H
PDR 0.8PEEK
BOTTOM BLOWDOWNHIGH PRESS
STEAM
Rango M20 / M40 – 1 Pieza
Diseño ergonométrico de la palanca
Arandela Belleville en el vástago
Asiento + junta “integrada”(una pieza sola)
Asiento + junta cuerpo-tapa
Menor cantidad de componentes- mas fácil de armar
Ventajas competitivas
Traba Candado Extension Vastago Manija Oval
BW extendidoOrificio Venteo
Opciones
Manometría
Otros productos para la industria
Válvulas esféricasy de mariposa
Válvulas de control
Torres para enfriamiento de agua
Calentadores de agua
Juntas rotatorias
Nuestro Trabajo Proyectos y Servicios
ALGUNOS DE NUESTROS PROYECTOS
Dosificador de ácido metatartárico en Viña San Pedro, Lontué Pasteurizador para Embosur
Pasteurizador de Antillanca
Módulo de Calentamiento Baxter
ALGUNOS DE NUESTROS PROYECTOS
Sistemas CIP para Estanques de
Mulpulmo
Convenio de Mantención Preventiva Faenadora Lo Miranda, Planta Digestores,
Iniciado en mayo 2006
ALGUNOS DE NUESTROS PROYECTOS
Proceso agua de Diálisis en Clínica Santa María
CIP para Nestlé Graneros
ALGUNOS DE NUESTROS PROYECTOS
Calentamiento de alcohol en CCU
Proyecto de cogeneración en Watt’s
ALGUNOS DE NUESTROS PROYECTOS
Torres para enfriamiento de agua en Inducorn (Corn Products Chile)
Automatización y control
ALGUNOS DE NUESTROS PROYECTOS
ASISTENCIA EN TERRENO: AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
TESTEO DE TRAMPAS: RELEVAMIENTO
AL FIN
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