DISTRIBUCIN DEL VAPOR

INTRODUCCIN DEL VAPOREl sistema de distribucin de vapor es un enlace importante entre la fuente generadora del vapor y el usuario. La fuente generadora de vapor puede ser una caldera o una planta de cogeneracin.

Esta debe proporcionar vapor de buena calidad en las condicione de caudal y presin requeridas, y debe realizarlo con las mnimas perdidas de calor y atenciones de mantenimiento

observaremos la distribucin del vapor saturado seco como un transporte de energa calorfica al lugar de utilizacin, para aplicaciones de intercambio de calor de espacios

Fundamento de los sistemas de vapor

Presin de trabajoLa presin a la que el vapor debe distribuirse esta parcialmente determinada por el equipo de la planta que requiere una mayor presin

Cuando se seleccione la presin de trabajo debe tomarse en cuenta:

presin requerida en el punto de utilizacin

Cada de presin a lo largo de la tubera debido ala resistencia al paso del fluido

Perdidas de calor en la tubera

El vapor a alta presin ocupa menos volumen por kilogramo que el vapor a baja presin. Por tanto, si el vapor se genera en la caldera a una presin muy superior a la requerida por su aplicacin, y se distribuye a esta presin superior, el tamao de las tuberas de distribucin ser mucho menor para cualquier caudal. La Figura 2 ilustraeste punto.

La generacin y distribucin de vapor a una presin elevada tendr las siguientes ventajas:

Se requieren tuberas de distribucin de vapor de menor dimetro.

Menor coste de las lneas de distribucin, en materiales como tuberas, bridas, soportes, y mano de obra.

Menor coste del aislamiento.

Vapor ms seco en el punto de utilizacin

La capacidad de almacenamiento trmico de la caldera aumenta y ayuda a soportar de forma ms eficiente las fluctuaciones de carga, reduciendo el riesgo de arrastres de agua y de impurezas con el vapor a condiciones mximas.

Si se distribuye a altas presiones, ser necesario reducir la presin de vapor en cada zona o punto de utilizacin del sistema, con el fin de que se ajuste a lo que la aplicacin requiere.

Al elevar la presin del vapor, los costes sern ms altos tambin, pues ello requiere ms combustible. Siempre es prudente comparar los costes que representa elevar la presin del vapor a la mxima presin necesaria (quizs la mxima presin del equipo), con cada uno de los beneficios potenciales mencionados anteriormente.

Se dar con frecuencia el caso de que por razones tcnicas sea beneficiosa la distribucin del vapor a presiones ms altas que la mxima presin requerida. Esta situacin requerir que la presin de vapor se reduzca en el punto de utilizacin para ajustarse a los requerimientos de los equipos.

Dimensionado de tuberas Las tuberas se pueden seleccionar basndose en una de las dos caractersticas:

Velocidad del fluido

Cada de presin

En cada caso es sensato realizar la comprobacin utilizando el mtodo alternativo, para asegurar que no se exceden los lmites.

Efectos del sobredimensionado y subdimensionado de tuberas

Sobredimensionar las tuberas significa que:

Las tuberas sern ms caras de lo necesario.

Se formar un mayor volumen de condensado a causa de las mayores prdidas de calor.

La calidad de vapor y posterior entrega de calor ser ms pobre, debida al mayor volumen de condensado que se forma.

Los costes de instalacin sern mayores.

Subdimensionar las tuberas significa que:

La velocidad del vapor y la cada de presin sern mayores, generando una presin inferior a la que se requiere en el punto de utilizacin.

El volumen de vapor ser insuficiente en el punto de utilizacin.

Habr un mayor riesgo de erosin, golpe de ariete y ruidos, a causa del aumento de velocidad.

Estndares y espesores de tuberas El estndar de tubera mas comn es el Schedule desarrollado por la api (american

petroleum institute) el cual indica que la clasificacin de la tubera se realiza segn el espesor de dicha tubera.

Clasificacin El schedule se relaciona con la presin nominal de la tubera en total son 11 (once).

Tenemos: 5,10,20,30,40,50,60,80,120,140 y el Schedule 160

Norma tcnica de fabricacin:

Segn norma ASTM A53

Comprende dos tipos (grados)

Grado A:

Schedule 10

Schedule 20

Schedule 30

Schedule 40

Grado B (tratamiento trmico):

Schedule 40

Las series mas utilizadas son:

Schedule 40 para bajas presiones

Schedule 80 para medianas presiones

Schedule 160 para altas presiones

Slo los Schedule 40 y 80 cubren la gama completa de medidas nominales y son los Schedule utilizados ms comnmente para instalaciones de tuberas de vapor. Mostraremos mayor inters en tuberas del Schedule 80 (denominado tambin extra strong) por ser el mas utilizado para las instalaciones

Tubera de acero al carbono API 5L/ASTM A53/A 106

DFD

Dimensionado de tuberas segn la velocidad del vaporConsideraciones:

Si se dimensiona la tubera en funcin de la velocidad, entonces los clculos se basan en el volumen de vapor que se transporta con relacin a la seccin de la tubera.

Para tuberas de distribucin de vapor saturado seco, la experiencia demuestra que son razonables las velocidades entre 25 - 40 m/s, pero deben considerarse como el mximo sobre la cual aparecen el ruido y la erosin, particularmente si el vapor es hmedo.

Incluso estas velocidades pueden ser altas en cuanto a sus efectos sobre la cada de presin. En lneas de suministro de longitudes considerables, es frecuentemente necesario restringir las velocidades a 15 m/s si se quieren evitar grandes cadas de presin.

Calculo de tamao de tubera siguiendo proceso matemtico

Se necesita la siguiente informacin:

A partir de esta informacin se puede calcular la seccin de tubera

Esta formula puede arreglarse para despejar el dimetro de la tubera

Esto nos dar el dimetro de la tubera en metros. fcilmente puede pasarse a milmetros multiplicando por..

Ejemplo

Se requiere dimensionar una tubera para transportar 5.000kg/h de vapor saturado seco a 7 bar , 170c y una velocidad de 25 m/s

Por lo tanto utilizando

Mtodo grafico para calculo de tuberas a partir de la velocidad

Este mtodo funcionar si se conocen los siguientes datos:

presin de vapor, temperatura (si es recalentado), caudal y velocidad.

Del ejemplo anterior:

Se requiere dimensionar una tubera para transportar 5.000kg/h de vapor saturado seco a 7 bar , 170c y una velocidad de 25 m/s

Grafico para dimensionar tuberas para vapor saturado y vapor recalentado

Continuacin.

Dimensionado de tuberas segn la cada de presin A veces es esencial que la presin del vapor que alimenta un determinado equipo no caiga por debajo de un mnimo especificado, con el fin de mantener la temperatura, y de este modo asegurar que los factores de intercambio de calor de la planta mantengan las condiciones de plena carga. En estos casos, es apropiado dimensionar la tubera con el mtodo de la cada de presin, utilizando la presin conocida en el extremo de alimentacin de la tubera y la presin requerida en el punto de utilizacin.

Mtodo grafico de cada de presin

Se deben conocer las siguientes variables:

temperatura del vapor, presin, caudal y cada de presin.

Ejemplo:

Se pretende dimensionar una tubera para transportar 20 000 kg/h de vapor recalentado a una presin de 15 bar r y 300C, con una cada de presin de 1 bar/100m.

Mtodo grafico

Continuacin

Purgadores y colectoresEn cualquier tubera de vapor, parte del vapor condensar a causa de las prdidas por radiacin. Por ejemplo, una tubera de 100 mm bien aislada, de 30 m de longitud, por la que fluye vapor a 7 bar, rodeada de aire a 10C, condensar aproximadamente 16 kg de vapor por hora.

Esto representa probablemente menos del 1 % de la capacidad de transporte del conducto, no obstante significa que al cabo de una hora, el conducto tendr no slo vapor, sino 16 litros de agua y progresivamente ms a medida que pase el tiempo.

Por tanto, debe preverse la purga del condensado. Si esto no se realiza de forma efectiva, aparecern problemas de corrosin y golpe de ariete

Siempre que sea posible, la tubera de distribucin debe montarse con un descenso no inferior a 40 mm cada 10 m, en la direccin del flujo. Hay una buena razn para ello. Si la tubera asciende en la direccin del flujo, el condensado tratar de volver hacia abajo.

Golpe de ariete

Dentro de otras posibles causas del golpe de ariete podra deberse a la acumulacin de condensado en la terminacin de las lneas. Esto es solo una porcin de las razones del porque ocurre el golpe de ariete. De acuerdo para eliminar el problema de raz, se deber realizar un estudio de la tubera para determinar las causas y el plan de contramedidas exactas.

Puntos de purga Las ventajas de elegir el tipo de purgador ms apropiado para una determinada

aplicacin ser en vano si el condensado no puede encontrar fcilmente el camino hacia el purgador. Por esta razn debe considerarse cuidadosamente el tamao y la situacin del punto de purga.

Purgadores definicin

Un purgador de vapor es un tipo de vlvula automtica que descarga el condensado producido en los procesos que consumen vapor y en los conductos de vapor, sin permitir que se descargue el vapor.

TIPOS DE PURGADORES:

Los purgadores pueden clasificarse por su funcionamiento en tres grandes grupos:

1 TERMOSTTICO:

Identifica el vapor y el condensado mediante la diferencia de Temperatura. El condensado debe enfriarse por debajo de la temperatura de vapor antes de ser eliminado.

2 MECNICO:

Operan mecnicamente por diferencia de densidades entre vapor y condensado. El movimiento de una boya o una cubeta acta sobre la vlvula.

3TERMODINMICO:

Trabaja por la diferencia de velocidades entre vapor y condensado. La vlvula consiste en un disco que se cierra por la alta velocidad del re-vaporizado y abre con la baja velocidad del condensado.

Termosttico

Ventajas:

La vlvula est totalmente abierta en el arranque, permitiendo la descarga de aire y la mxima salida de condensado cuando es mas necesario.

Se auto-ajusta a las variaciones en la presin del vapor hasta la mxima para la cual es aplicable.

Su mantenimiento es fcil.

Desventajas:

El elemento extensible puede daarse por golpes de ariete o condensados corrosivos (hoy en da se utilizan de acero inox)

Otro tipo de elementos termostticos

Mecnico

Ventajas:

Necesita poco mantenimiento, son pocas las partes que pueden daarse.

Desventajas:

La salida est mas abajo que la entrada, esto proporciona un sellado con agua que impide la salida de vapor. Este sello impide la salida de aire, por lo que es necesario instalar una purga manual.

Puede ser difcil obtener un buen asiento con el flotador.

Otros purgadores mecnicos

termodinmico

Ventajas:

Son compactos, simples y ligeros con gran capacidad de descarga de condensado.

Pueden usarse con altas presiones y vapor sobrecalentado

No lo averan los golpes de ariete o vibraciones.

Es de acero inox. por lo que presenta un alto grado de resistencia a los condensados corrosivos

La nica parte mvil es el disco, por lo que el mantenimiento se puede efectuar sin sacar el purgador de la lnea.

Desventajas:

Puede descargar gran cantidad de aire en el arranque si la presin de entrada aumenta lentamente, pero un aumento rpido de presin provoca velocidad suficiente en el aire para cerrar el purgador igual que lo hace el vapor.

La operacin del disco es ruidosa.

Colector - distribuidor de vaporLos sistemas de distribucin de vapor conectan a las calderas con el equipo que en realidad utiliza vapor. Estos sistemas de distribucin transportan el vapor hasta cualquier sitio en la planta donde se necesita energa calorfica.

Los componentes principales de un sistema de distribucin de vapor son:

Los cabezales( Distribuidores de vapor ),

Las tuberas principales, y

Soporte de tuberas Como breve introduccin se menciona la dilatacin en tuberas

Las tuberas siempre se instalan a temperatura ambiente. Cuando transportan fluidos calientes, como agua o vapor, funcionan a temperaturas superiores y por lo tanto, se expanden, especialmente en longitud, al pasar de temperatura ambiente a la temperatura de trabajo. Esto crear tensiones en ciertas zonas del sistema de distribucin, como las juntas de las tuberas, que pueden llegar a romperse. La dilatacin puede calcularse mediante la siguiente ecuacin, o encontrarse en los grficos adecuados.

Ejemplo

Encuentre la dilatacin de 30m de tubera al pasar de temperatura ambiente (10c) a 152c (vapor a 4bar )

Alternativamente, se puede determinar la dilatacin de la tubera mediante la Tabla

Calculo de la dilatacin mediante tabla

Las tuberas se instalan a temperatura ambiente

Cuando se pone en marcha la instalacin y aumenta la temperatura se dilatan aumentando su longitud

Esto creara tensiones que pueden provocar deformaciones pandeos o rupturas

En algunos casos las tuberas tienen flexibilidad natural, segn longitud y curvas. En otros casos deben incorporar elementos que compensen estas dilataciones.

Compensacin de dilataciones

Se suele utilizar cuando se dispone de espacio

Debe montarse en horizontal y en el mismo plano que la tubera para evitar puntos de acumulacin de condensado

Lira vertical

Cuando la lira se monta en vertical debe drenarse el tramo anterior para evitar golpes de ariete por acumulacin de condensado

Fuelle

Se intercalan en la tubera ocupando poco espacio

Deben estar perfectamente alineados con la tubera y esta tiene que estar bien anclada y guiada para que las fuerzas laterales no las soporte el fuelle

Tipos de Soportes