Diseño de un sistema de Distribución de vapor

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Diseño de un Sistema de Distribución de Vapor

Año 2013

Diseño de un sistema de Distribución de vapor

Problema

La planta en donde trabajo cuenta con una caldera cuya presión de trabajo es de 10 bar r y una capacidad de carga de 5000 kg/h. Actualmente, se ocupan 2350 kg/h en diferentes sistemas.

Se necesita diseñar un sistema de distribución de vapor para abastecer a un intercambiador de calor que tiene una superficie de calentamiento de 2 m2 y se necesita calentar un caudal de agua de 50 a 80 ºC. Se conoce el valor de U que ha sido fijado en 1250 W/m2 ºC, y el vapor puede ser suministrado a una presión manométrica de 5 bar. Presión máxima admisible: 6 bar.

El sistema se encuentra ubicado a 25 metros del colector principal de distribución de vapor a 10 bar y la derivación a 250 metros de la caldera.

Será importante mantener el control de la temperatura de salida del agua en el intercambiador de calor.

El condensado se podrá enviar a una línea colectora de condensados que pasa a 150 metros de distancia del sistema y a una altura de 5 metros, con una contrapresión en la línea de 0,5 bar.

Datos

Caldera

Presión de trabajo: 10 bar

Capacidad de carga: 5000 kg/h

Capacidad ocupada: 2350 kg/h

Intercambiador

Área: 2m2

Ti=50ºC

Tf=80ºC

U= 1250 W/m2 ºC

Presión de vapor suministrado: 5 bar

Presión máxima admisible: 6 bar

Diagrama de tuberías e instrumentación P&ID[pic 5]

2) Calcular la carga de vapor que necesita el sistema

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La temperatura   para la presión de 5 bar  se obtiene de tabla[pic 8]

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De tabla se obtiene la entalpia de evaporación para 5 bar de presión

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3) Calcular la carga total de vapor necesaria teniendo en cuenta las pérdidas en tuberías por radiación, asumiendo que la tubería estará aislada.

Teniendo en cuenta que las pérdidas de calor en tuberías (suponiendo que están aisladas) son de 1 % del caudal de vapor por cada 30 m de recorrido, tenemos que para una longitud de tubería de 275 m la carga total de vapor necesaria será

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4) ¿Es posible abastecer a este nuevo sistema en la planta? Si es posible abastecer, continúe con los siguientes puntos. De lo contrario, verificar hasta qué temperatura se podría calentar el agua con la carga de vapor disponible en la caldera y continúe con los siguientes puntos.

La capacidad máxima de la caldera es de 5000 kg/h de los cuales se ocupan 2350 kg/h en diferentes sistemas por lo que queda disponible 2650 kg/h de vapor, siendo esta cantidad suficiente para abastecer los 560,13 kg/h de vapor necesarios para el nuevo sistema de distribución del mismo al intercambiador.

5)Estimar la presión del vapor en el punto de la derivación, considerando la pérdida de carga por accesorios en el colector.

Pérdida de carga en la línea

Considerando que se tiene una caída de 0,3 bar por cada 100m de tubería

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Pérdida de carga debido a los accesorios

Para estimar caída de presión por accesorios en tramos rectos se consideran 10% para tuberías con más de 100m

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Presión de vapor en el punto de derivación

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Cálculo de la Presión antes de la válvula de reducción

Para tuberías cortas se adopta una caída de 20% de la presión total por accesorios y 0,3 bar por cada 100m. La derivación tiene 25 m por lo que se tiene:

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6) Dimensionar las tuberías de vapor para este nuevo sistema.

A partir de los siguientes datos

P= 6,25 bar

Ws= 560,13 kg/h

T= 158,9 ºC

Y suponiendo una velocidad de vapor de 25 m/s, a través de la siguiente tabla obtenemos el diámetro de latubería de vapor (línea roja)

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El diámetro de la tubería de vapor será de 50 mm

8) Dimensionar las tuberías de retorno condensado.

Líneas de drenaje hacia los purgadores

Las líneas de los puntos de drenaje deben diseñarse con una ligera caída (14mm/m o 1/70). Para minimizar el riesgo de bloqueo por vapor, las líneas deben ser cortas, con purgadores lo más cerca de los equipos.

En la puesta en marcha de la planta la tasa de condensado puede ser dos veces la carga de funcionamiento por lo que el dimensionado de estas líneas se realiza haciendo uso de la siguiente tabla para un caudal de agua igual al dos veces el caudal normal, es decir 1120,26 kg/h.

Tabla 1

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Se seleccionará una línea de 32 mm en la columna de 0,5 mbar/m, que es una pérdida de carga aceptable.

Línea de descarga de los purgadores

Considerando el condensado caliente a 5 bar y a 80 ºC, después que pasa a través de la trampa de vapor, descarga a un tanque receptor  a presión atmosféricaa partir de la siguiente tabla se obtiene los kg de revaporizado que se libera por kg de condensado.

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