Sistemas de
Drenaje de Condensado
Objetivo
• Se pretende proporcionar un conocimiento especializado de los sistemas que
intervienen en el drenaje de condensados de instalaciones de vapor, para que los
técnicos responsables del diseño y técnicos responsables del diseño y
operación puedan obtener mejoras en la
producción y en la eficiencia energética.
Programa
• Drenaje de condensado en sistemas de vapor
• Tipos y funcionamiento de purgadores
• Selección de purgadores
• Aplicaciones típicas de los purgadores
• Dimensionado de purgadores
• Cálculo y detección de fugas de vapor
• Cálculo y detección de fugas de vapor
• Cálculo del ahorro recuperando condensado
• Recuperación de calor en el condensado
• Bombas mecánicas para retorno de condensado
• Dimensionado de tuberías de condensado
• Interrupción de flujo en Intercambiadores de calor
• Ejercicios.
Drenaje de condensado en sistemas de vapor
• Cuando el vapor cede su calor latente o entalpía de evaporación se convierte en condensado
• En los sistemas de vapor son necesarios elementos que diferencien el estado gas (vapor) y el líquido (condensado)
(vapor) y el líquido (condensado)
• A estos elementos se les llama purgadores de vapor
• El purgador es una válvula automática que
cierra en presencia de vapor y abre cuando
le llega condensado o aire.
Tipos de purgadores
• Termostáticos
Actúan por temperatura. El condensado debe enfriarse por debajo de la temperatura del vapor
Termostáticos de presión equilibrada
Termostáticos bimetálicos
• Mecánicos
• Mecánicos
Actúan por diferencia de densidad entre el vapor y el condensado
Mecánicos de boya cerrada
Mecánicos de cubeta invertida
• Termodinámicos
Actúan por diferencia de velocidad entre vapor y
Funcionamiento purgador termostático pres. equilibrada
• En la puesta en marcha la
cápsula
termostática está fría y mantiene la válvula abierta
El condensado frío
Cápsula termostática
• El condensado frío y el aire son
descargados
inmediatamente.
Funcionamiento purgador termostático pres. equilibrada
• La cápsula se
calienta cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor
Cápsula termostática
• El líquido que la
llena hierve y la
presión de vapor
resultante empuja
la válvula hacía el
asiento cerrando
el paso.
Funcionamiento purgador termostático pres. equilibrada
• Cuando el
condensado se enfría, el vapor de la cápsula condensa y la
presión interna de la misma cae
Cápsula termostática
la misma cae
• La válvula abre, descarga el
condensado y el
ciclo se repite.
Respuesta purgador termostático presión equilibrada .
160 180 200 220
T em pe ra tu ra ( ºC ) Curva vapor saturado Respuesta purgador
80 100 120 140
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
T em pe ra tu ra ( ºC )
Respuesta purgador presión equilibrada
Existen diferentes cápsulas para descargar a temperaturas (12, 24, 4 ºC) por debajo de la
temperatura del vapor
Purgadores termostáticos presión equilibrada
Ventajas
Pequeños pero de gran capacidad
Eliminan aire
Resisten heladas y golpes de ariete
Autoajustables a variaciones de presión
Autoajustables a variaciones de presión
Desventajas
No usar cuando no interese anegamiento de
condensado.
Purgador termostático de expansión líquida
A B C G
E D
• En la puesta en marcha el aire y el condensado frío salen por el orificio “A”
• El elemento termostático “B” está lleno de aceite “C”
en contacto con el pistón “D”.
E D
Purgador termostático de expansión líquida
A B C G
E D
• Cuando la temperatura del condensado aumenta, el aceite “C” del elemento termostático “B” se expansiona actuando sobre el pistón “D”
• La válvula “E” es empujada hacia el orificio de salida “A”, reduciendo progresivamente el flujo de condensado
• Estos purgadores se pueden ajustar con la tuerca “G”, para que descarguen a
E D
Funcionamiento purgador termostático bimetálico
• En la puesta en
marcha, el elemento bimetálico está
relajado y la válvula abierta
El condensado frío y
Elemento bimetálico
• El condensado frío y el aire son
descargados
inmediatamente.
Funcionamiento purgador termostático bimetálico
• Al fluir el
condensado
caliente a través del purgador, las
láminas se dilatan y empujan la válvula
Elemento bimetálico
empujan la válvula
contra el asiento.
Funcionamiento purgador termostático bimetálico
• Cuando la
temperatura del condensado se acerca a la del vapor la válvula cierra
Elemento bimetálico
• Cuando no hay flujo
el condensado se
enfría, el elemento
se relaja, la presión
abre la válvula y el
ciclo se repite.
Respuesta purgador termostático bimetálico .
160 180 200 220
T em pe ra tu ra ( ºC )
Curva saturación vapor
80 100 120 140
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
T em pe ra tu ra ( ºC )
1 1 + 2 1 + 2 + 3
Respuesta
purgador bimetálico
Purgadores termostáticos bimetálicos
Ventajas
Eliminan aire
Resisten heladas y golpes de ariete
Amplio margen de presión
Descarga a temperatura inferior al vapor,
Descarga a temperatura inferior al vapor, aprovechando calor sensible
Desventajas
Poca rapidez a cambios de caudal o presión
No usar cuando no interese anegamiento de
condensado.
Purgador mecánico de boya cerrada
• En la puesta en marcha un
elemento
termostático
permite eliminar el aire a través de un
Eliminador de aire
aire a través de un by-pass de la
válvula principal,
que está cerrada
por el peso de la
boya.
Purgador mecánico de boya cerrada
• Cuando llega el condensado eleva la boya que unida a una palanca
abre la válvula permitiendo la salida
Eliminador de aire
salida
• El condensado frío también sale por el eliminador de aire, que cierra cuando aumenta la
temperatura.
Purgador mecánico de boya cerrada
• Cuando llega vapor baja la boya y cierra el orificio de salida
• El nivel de agua queda por
queda por
encima de este
orificio.
Purgadores mecánicos de boya cerrada
Ventajas
Descarga continua de condensado
Se adaptan a variaciones de presión y temperatura
Con elementos termostáticos eliminan aire
Posibilidad de incorporar antibloqueo por vapor
Desventajas
No resisten bien las heladas.
Purgador mecánico de cubeta invertida
• En la puesta en marcha el
condensado llega al purgador y forma un sello de agua
• El peso de la cubeta
Salida aire
• El peso de la cubeta mantiene la válvula abierta y permite la salida de
condensado
• El aire sale por un orificio de la cubeta.
Sello de
agua
Purgador mecánico de cubeta invertida
• Cuando llega el vapor, la presión eleva la cubeta, el mecanismo de
palanca se
desplaza y cierra la
desplaza y cierra la
válvula de salida.
Purgador mecánico de cubeta invertida
• El vapor sale de la cubeta por un pequeño orificio y el peso de la cubeta abre la válvula,
Salida vapor
válvula,
repitiéndose el ciclo.
Sello de
agua
Purgadores mecánicos de cubeta invertida
Ventajas
Robustos
Resisten golpes de ariete
Vapor sobrecalentado con válvula de retención en la entrada
Desventajas
No resisten bien las heladas
No eliminan bien el aire
Pueden perder el sello de agua.
Purgador termodinámico
• En la puesta en marcha el
condensado entra en el purgador y levanta el disco, permitiendo su
Disco
permitiendo su salida
• También sale el aire, aunque
puede quedar
bloqueado.
Purgador termodinámico
•
Cuando se acerca el vapor, el condensado caliente produce
revaporizado y aumenta la velocidad entre el
asiento y el disco, esto hace bajar la presión en Disco
hace bajar la presión en el disco y lo acerca al asiento
•
Al mismo tiempo el revaporizado produce una presión en la
cámara sobre el disco,
venciendo la presión del
condensado.
Funcionamiento purgador termodinámico
• El disco se asienta en el anillo interior y cierra la entrada
• El disco también se asienta en el anillo exterior y mantiene
Disco
exterior y mantiene
la cámara superior
presurizada.
Funcionamiento purgador termodinámico
• La presión en la cámara superior disminuye por
condensación del revaporizado
• Cuando vence la
Disco
• Cuando vence la presión de
entrada, el disco
se levanta y el
ciclo se repite.
Purgadores termodinámicos
Ventajas
Amplia gama de presiones
Robustos, compactos
Resisten golpes de ariete, vapor recalentado y heladas
Fácil verificación y mantenimiento
Desventajas
No adecuados para presión de entrada muy baja o contrapresión elevada
No son buenos eliminadores de aire.
Bloqueo por vapor en purgadores
Cuando llega condensado al purgador, abre y lo
descarga.
Bloqueo por vapor en purgadores
Cuando llega vapor, el purgador cierra y entre el equipo y el purgador se forma un bloqueo.
La tubería y el purgador quedan llenos
Bloqueo por vapor en purgadores
La condensación en el equipo será mas rápida que en la tubería y si la distancia entre el equipo y el purgador es importante se producirá inundación.
En estos casos es conveniente la instalación de un
Selección de purgadores
• Por aplicación
Debe seleccionarse el purgador más adecuado para cada aplicación.
Esto puede ser muy amplio, pero como guía puede utilizarse lo siguiente:
Termostáticos
(Purga de aire, Acompañamiento no crítico de vapor, Equipos que pueden ser inundados aprovechando calor sensible)
Mecánicos Mecánicos
(Procesos con control de temperatura)
Termodinámicos
(Drenaje de líneas de distribución de vapor, Acompañamiento crítico de vapor)
• Por condiciones de trabajo
Hay que tener en cuenta la Presión,Temperatura, Caudal de
condensado y Presión diferencial.
Aplicaciones purgador de presión equilibrada
Acompañamiento no crítico de vapor:
Usando la cápsula de descarga más lejana a la temperatura del vapor, aprovecha parte del calor Esterilizadores:
Purgadores con cápsula que drena a temperatura próxima a la del vapor, elimina
rápidamente el condensado y
aire, reduciendo el tiempo de
Aplicaciones purgador de presión equilibrada
Equipamiento de pequeños procesos:
Es pequeño, compacto y buen eliminador de aire y Drenaje tuberías de vapor:
Con cápsula que drena a
temperatura próxima a la del
vapor, es una alternativa a los
termodinámicos
Retorno de condensado en tubería elevada
Vapor
Aplicaciones purgador de expansión líquida
Purgador Purgador
expansión líquida
Drenaje atmosférico Pozo de goteo
Drenaje tuberías de vapor:
Con ajuste de temperatura
menor a 100 ºC elimina todo el
condensado en las paradas.
Aplicaciones purgador bimetálico
Acompañamiento no crítico de vapor:
Descargando el condensado a una temperatura inferior a la de saturación, se aprovecha una
Tanques almacenamiento de crudo:
Permite el anegamiento de
condensado en serpentines
largos, donde el producto
Vapor
Aplicaciones purgador de boya cerrada
Baterías de aire:
• Una cantidad importante de condensado se produce en un pequeño espacio
• Interesa una
eliminación de aire y
Purgador
Aire
Purgadores
eliminación de aire y condensado rápida
• Los purgadores de
boya cerrada eliminan el condensado en el momento que se forma y se adaptan a
variaciones de las
condiciones de
Vapor
Intercambiador de calor
Válvula de
control Separador
Sensor de temperatura
Aplicaciones purgador de boya cerrada
Purgador
Intercambiadores de calor:
• Una inmediata salida de aire y condensado es esencial para un control preciso de la temperatura
El purgador de boya cerrada se adapta perfectamente a
Aplicaciones purgador de boya cerrada
Vapor
Válvula reductora de
Producto
Tanques con doble fondo:
Alta eficacia por una rápida y eficiente salida del aire y condensado.
reductora de
presión Purgador
Aplicaciones purgador de cubeta invertida
Eliminador de aire
Purgador de cubeta invertida Purgador de
cubeta invertida
Tanque almacenamiento petróleo:
•
Como alternativa a los purgadores de boya cerrada en
serpentines con posibilidad de golpes de ariete
Aplicaciones purgador termodinámico
Drenaje de líneas de vapor:
Elimina el condensado del sistema de distribución en el momento de formarse,
evitando el peligro de golpes de ariete
Acompañamiento crítico de vapor:
Elimina el condensado en el
momento de formarse, evitando
la inundación y posible bajada
no deseada de la temperatura.
Aplicaciones purgador termodinámico
Drenaje de turbinas:
• Elimina rápida y eficientemente el condensado,
previniendo posibles daños en los álabes de la turbina producidos la turbina producidos por el condensado
• Tienen capacidad para soportar condiciones sin carga de condensado con vapor
sobrecalentado a muy
Selección según presión y temperatura
Rango de operación (PN16)
Selección según caudal y presión diferencial
• La capacidad de un
purgador depende de la presión diferencial
• Un purgador
descargando a la atmósfera, para el
cálculo de su capacidad se tomará como presión
C o n d e n s a d o (k g /h )
se tomará como presión diferencial la de entrada
• Sin embargo si descarga a una línea presurizada, se tomará la diferencia de presiones entre la entrada y la salida.
Presión diferencial (bar
C o n d e n s a d o (k g /h )
10 bar 3 bar
Purgadores funcionando con presiones diferentes
A B C
Receptor 0 bar
10 bar 0 bar
3 bar Variable 0-10 bar
0 bar
0 bar 0 bar
Todos los purgadores pueden conectarse a la misma línea de condensado
Cada uno se selecciona con su presión
Purgadores funcionando con presiones diferentes
Receptor 0 bar
10 bar 3 bar
A B C
10 m
Válvula
Receptor 0 bar Receptor
0 bar
10 bar 3 bar
A B C
10 m
Válvula
Todos los purgadores pueden conectarse a la misma línea de condensado
Cada uno se selecciona con su presión diferencial. Mejor con válvula de
10 bar 1 bar
3 bar Variable 0-10 bar
1 bar
1 bar 1 bar
Válvula retención Válvula
retención
10 bar 1 bar
1 bar
3 bar Variable 0-10 bar
1 bar
1 bar 1 bar
Válvula retención Válvula
retención
Purgadores funcionando con presiones diferentes
10 bar 3 bar
A B C
15 m
Receptor 0,5 bar
Contrapresión por distancia 1 bar
10 bar 3 bar
3 bar Variable 0-10 bar
3 bar
3 bar 3 bar
Válvulas retención Contrapresión
total = 3 bar (1,5 + 1 + 0,5)
Válvulas retención
X
El proceso “C” no puede conectarse a la línea general de condensado.
Si interesa debe recuperarse a través de una bomba
En el proceso “B” debe considerarse la presión diferencial mínima y si llega
Dimensionado de purgadores
• Los datos necesarios para el dimensionado del purgador son:
Presión de entrada
Presión de salida (contrapresión línea condensado)
Caudal de condensado (se debe multiplicar el caudal de régimen calculado por un factor de seguridad, según
aplicación)
Aplicación Factor de seguridad
Drenaje de tuberías principales 2
Tanques de almacenamiento 2
Intercambiadores de calor con control de temperatura 3 Baterías de aire con control de temperatura 3
Cilindros secadores 3
Líneas de traceado 2
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Receptor 0 bar
150 kg/h
A B C
10 m
200 kg/h Pres. min.
5 bar
100 kg/h
1 bar
• Calcular los tamaños de purgadores usando el gráfico de diapositiva anterior
Los caudales indicados son de régimen.
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Condensado (kg/h)
Presión diferencial (bar)
Condensado (kg/h)
Proceso P. Entrada P. Salida P. Difer. Caudal régimen Caudal con factor Tamaño purgador
A 10 1 9 150 300 DN15
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Condensado (kg/h)
Presión diferencial (bar)
Condensado (kg/h)
Proceso P. Entrada P. Salida P. Difer. Caudal régimen Caudal con factor Tamaño purgador
A 10 1 9 150 300 DN15
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Condensado (kg/h)
Presión diferencial (bar)
Condensado (kg/h)
Proceso P. Entrada P. Salida P. Difer. Caudal régimen Caudal con factor Tamaño purgador
A 10 1 9 150 300 DN15
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Elevación Inclinación 1m. cada 250 m. de recorrido
Flujo vapor
• Las tuberías de vapor deben drenarse en :
Puntos bajos y cambios de sentido
Tramos rectos (cada 50 metros máximo)
Puntos de drenaje
40 - 50m
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
• Esquema de instalación de un pozo de goteo
con sistema de drenaje, en tuberías de vapor
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Ejemplo Calculo:
Estándar de Tubería ANSI - Schedule 40.
Tamaño Nominal de Tubería: 4” (DN100) Longitud de Tubería Equivalente: 200 m.
Presión de Vapor: 10 bar manométrico.
Temperatura Ambiente: 0 °C.
Tiempo de Puesta en Marcha: 10 min.
Ubicación de la Tubería: Exterior Expuesto.
Tubería con Aislante de 50mm.
Rango de Condensado en Puesta en Marcha:
Rango de Condensado en Puesta en Marcha: 870.734 kg/h.
Cantidad Mínima de Purgadores Requeridos:
Cantidad Mínima de Purgadores Requeridos: 6.
Rango de Condensación en Operación:
Tubería con Aislante de 50mm: 81.7741 kg/h.
Factor de seguridad: No es necesario pq la instalación dispone de válvulas de drenaje (vaciado) en cada purgador.
Capacidad por purgador: 870 / 6 = 145 kg/h.
Selección del purgador para una presión diferencial de 9 bar, y una capacidad de 145 kg/h:
Purgador Termodinámico, modelo TD42L, tamaño ½ " (con una capacidad 180 kg/h aprox.)
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Tipos de conexiones
ROSCADAS
Conexión desmontable que usa racores de unión roscados No puede garantizarse contra fugas
No puede garantizarse contra fugas
BRIDAS
Conexión desmontable
SOCKET WELD
Unión permanente libre de fugas
De fácil alineación, requiere un nivel bajo de habilidad para el montaje
Tipos de conexiones
De fácil alineación, requiere un nivel bajo de habilidad para el montaje Tiene que cortarse la tubería para cambiar el purgador
BUTT WELD
Unión permanente libre de fugas
Purgadores con conector universal
Brida rotativa
Conexiones
roscadas, SW, BW o Bridas para montar en cualquier
rotativa para
facilitar la
conexión.
Montaje purgador
Purgador Válvula
interrupción Filtro
Proceso o Línea
Válvula interrupción
Detector de fugas
Válvula retención
Condensado
Montaje purgador de boya cerrada
Sentido de circulación del fluido según
flecha en el Posición con
flecha en el cuerpo
Posición con flecha de placa características vertical y con la punta hacia
abajo
Fallo de los purgadores
El purgador puede fallar causando:
• Fuga de vapor
Pérdidas económicas
Problemas de funcionamiento en otros
purgadores por aumento de la contrapresión
• Anegamiento de condensado
Funcionamiento incorrecto del proceso
Inundación de condensado en las líneas de
vapor.
Fugas de vapor en purgadores (ejemplo)
• Considerando un purgador de 1/2” con un orificio de 4 mm, trabajando con presión de 10 bar r :
W = D
2x P x 0,41 W = Fuga de vapor en Kg/h D = Diámetro orificio en mm P = Presión absoluta en bar W = 16 x 11 x 0,41 = 72 kg/h
• Los purgadores que tienen fugas de vapor también descargan
• Los purgadores que tienen fugas de vapor también descargan condensado y no todos quedan abiertos totalmente, por lo cual consideramos que pierden la cuarta parte del valor calculado:
72 : 4 = 18 kg/h
Pérdidas económicas anuales:
18 kg/h x 16 h/día x 300 días/año = 86.400 Kg/año
Con un coste de 17 euros/Tonelada vapor
Detección de fugas en purgadores
• Por ultrasonidos
Se requiere experiencia
Puede utilizarse para detectar fugas en otros elementos y otros fluidos
• Sistema Spiratec
No se requiere experiencia
Sólo utilizable en purgadores
Necesita montar una cámara delante del
purgador o instalar purgadores que ya la
incorporan
Detección de fugas con Spiratec (opciones)
Purgador con cámara sensora independiente
Control
automático R1C
Control automático
R16C
Purgador con sensor incorporado
Indicador
manual
Detección de fugas con Spiratec (sistema digital).
Purgador Purgador
Convertidor Software SCADA
Alimentación 220 Vac
Línea de comunicaciones digital Monitor
R1C
Recuperación del condensado
• Es necesario recuperar el condensado por:
Ahorro de energía
Alimentar una caldera de 10 bar, con agua a 80 ºC en lugar de 20 ºC supone un ahorro de combustible del 9%
Ahorro en tratamiento del agua de alimentación a caldera
Ahorro en tratamiento del agua de alimentación a caldera
El condensado es agua pura si no se
contamina en su recorrido. El porcentaje de ahorro será el mismo que el de recuperación de condensado
Ahorro del coste agua.
Recuperación del revaporizado
• Una parte del condensado que descargan los purgadores se convierte en vapor. Se conoce como revaporizado
• El uso del revaporizado es una medida de ahorro
energético muy interesante, que debe tenerse en cuenta
• Para que sea viable la recuperación del revaporizado, se deben cumplir una serie de requisitos:
Deben existir procesos con diferentes presiones de
Deben existir procesos con diferentes presiones de trabajo y con funcionamiento coincidente en un tiempo razonable
El proceso de menor presión es conveniente que esté próximo y su demanda de vapor sea superior a la
cantidad de revaporizado
Cantidad de revaporizado suficiente que haga
rentable la inversión.
Cantidad de revaporizado
• Se puede calcular con la fórmula:
Revaporizado (kg/h) = ((E1 – E2) : E3) x C
P re s ió n d e la n te p u rg a d o r ( b a r r) Presión de revaporizado (bar r)
E1: entalpía condensado entrada E2: entalpía condensado salida E3: entalpía evaporación salida C: caudal de condensado
Presión Atmosférica Presión Atmosférica
P re s ió n d e la n te p u rg a d o r ( b a r r)
Si los datos
lo permiten
también
puede
utilizarse
esta tabla
¿Cómo recuperar el revaporizado?
• Lo primero que debe
hacerse es separarlo del condensado
• Esto se consigue en un tanque de revaporizado
• El diámetro del tanque debe provocar un
descenso importante de
Entrada de condensado alta presión
Salida de revaporizado a baja presión
Tanque de
debe provocar un
descenso importante de la velocidad que
permita al condensado caer en la parte baja
• La altura debe ser
suficiente para que el revaporizado sea seco
alta presión
Salida de
Tanque de
revaporizado
Sistema recuperación de calor (ejemplo 1)
Flujo Aire
Procesos con vapor a 10 bar y consumo 5000 kg/h
Válvula reductora
Procesos con vapor a 2 bar y consumo
1000 kg/h
R e v a p o ri z a d o 5 0 0 k g /h
Condensado 5500 kg/h
Ahorro recuperando Revaporizado:
500 kg/h x 16 h/día x 250 días/año = 2.000 T. vapor/año
Purgadores
Sistema recuperación de calor (ejemplo 2)
Vapor
Control temperatura
Fluido caliente
Intercambiador
Purgador
Vapor
Retornocondensado
Purgador
Condensador
Retorno fluido frío Bomba
mecánica
Alternativa en los casos donde no se puede aplicar un sistema
de recuperación de revaporizado, según lo indicado
Sistema recuperación de calor (ejemplo 3)
• Se pueden obtener ahorros importantes con la recuperación de calor en la
purga de sales de caldera, recuperando calor con un tanque de revaporizado y un intercambiador en el agua residual, según el siguiente esquema:
Tanque
Condensado
Vapor Válvula purga
Cabezal mezclador
Tanque
Condensado
Vapor Válvula purga
Cabezal mezclador
Tanque alimentación Tanque
revapo- rizado
Caldera
Intercambiador
909 kg/h
7 bar r
Tanque alimentación Tanque
revapo- rizado
Caldera
Intercambiador
909 kg/h
7 bar r
Contrapresión en los purgadores
• La presión en la línea de condensados
(Contrapresión en los purgadores) es igual a:
Presión hidrostática (altura manométrica) +
Resistencia por rozamiento al paso del fluido La capacidad de descarga de los purgadores
• La capacidad de descarga de los purgadores depende de la Presión Diferencial que es:
Presión entrada - Contrapresión
• Cuando no hay suficiente presión diferencial, no se puede recuperar el condensado o ha de
hacerse a través de una bomba.
Ahorro recuperando condensado
Datos:
(a) Presión antes de purgadores 3 bar r
(b) Entalpía condensado (tabla vapor) 605 kJ/kg (c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %
(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg
(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h
(f) Coste combustible (gas natural) 0,021 €/kWh
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año
(i) Rendimiento caldera 90 %
Ahorro recuperando condensado
Datos:
(a) Presión antes de purgadores 3 bar r
(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg
(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %
(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg
(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h
(f) Coste combustible 0,021 €/kWh
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año
(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:
(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h
Ahorro recuperando condensado
Datos:
(a) Presión antes de purgadores 3 bar r
(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg
(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %
(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg
(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h
(f) Coste combustible 0,021 €/kWh
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año
(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:
(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h
(k) Ahorro energético: (j × h) ÷ 3.600 kJ/kWh 444.444 kWh/año
Ahorro recuperando condensado
Datos:
(a) Presión antes de purgadores 3 bar r
(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg
(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %
(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg
(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h
(f) Coste combustible 0,021 €/kWh
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año
(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:
(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h
(k) Ahorro energético: (j × h) ÷ 3.600 kJ/kWh 444.444 kWh/año
(m) Ahorro coste energético: (k ÷ 0,9) × f 10.370 €/año
Ahorro recuperando condensado
Datos:
(a) Presión antes de purgadores 3 bar r
(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg
(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %
(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg
(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h
(f) Coste combustible 0,021 €/kWh
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año
(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:
(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h
(k) Ahorro energético: (j × h) ÷ 3.600 kJ/kWh 444.444 kWh/año
(m) Ahorro coste energético: (k ÷ 0,9) × f 10.370 €/año
(n) Ahorro coste agua y tratamiento: (e ÷ 1.000) × g × h 4.000 €/año
Ahorro recuperando condensado
Datos:
(a) Presión antes de purgadores 3 bar r
(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg
(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %
(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg
(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h
(f) Coste combustible 0,021 €/kWh
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año
(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:
(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h
(k) Ahorro energético: (j × h) ÷ 3.600 kJ/kWh 444.444 kWh/año
(m) Ahorro coste energético: (k ÷ 0,9) × f 10.370 €/año
(n) Ahorro coste agua y tratamiento: (e ÷ 1.000) × g × h 4.000 €/año
Instalación bombas accionadas por vapor
Condensado de purgadores
Condensado a retorno
Atmósfera Vapor
retorno
Entrada condensado por gravedad
E sc ap e. .
Instalación bombas accionadas por vapor
Instalación bombas accionadas por vapor
Dimensionado bombas mecánicas .
Presión por distancia 0.7 bar
Receptor Proceso
Ejemplo de datos necesarios para seleccionar la bomba.
Altura llenado bomba 0.6 m
Bomba
Presión vapor 7 bar
Altura 10 m Receptor
Caudal condensado
1800 kg/h
Dimensionado tuberías de condensado
• Debe diferenciarse entre las tuberías de
condensado no bombeadas (con revaporizado) y las bombeadas (sin
revaporizado) revaporizado)
Tuberías no bombeadas:
Seguir la línea A-B-C-D del gráfico
Tuberías bombeadas:
Seguir la línea E-F
del gráfico.
Dimensionado tuberías de condensado
• También se puede calcular con la siguiente fórmula:
Caudal volumétrico (m 3 /s) Velocidad del flujo (m/s) Sección (m 2 ) =
• Las velocidades máximas a considerar son:
Condensado con revaporizado 15 a 20 m/s
Condensado sin revaporizado 1 a 2 m/s.
Dimensionado tuberías de condensado
Dimensionado tuberías de condensado
Dimensionado tuberías de condensado
Dimensionado tuberías de condensado
Interrupción de flujo en intercambiadores de calor
• Un elevado número de procesos utiliza la
transferencia de calor del vapor a otro fluido, utilizando intercambiadores de calor
• Cuando el vapor cede calor se forma condensado que se drena a través de un purgador
• Suelen aparecer con frecuencia problemas de:
Temperaturas inestables
Corrosión excesiva
Ruido y daños en los equipos por golpes de ariete
• La principal causa de estos problemas es el drenaje deficiente del condensado por:
“Interrupción de flujo”.
Funcionamiento Intercambiador de calor
Temperatura salida baja
Válvula control abre y aumenta P
Intercambiador de calor
P
1Vapor
Intercambiador de calor
P
1Vapor
abre y aumenta P
1Si P
1> P
2y la presión diferencial es la suficiente para que el purgador
drene el
condensado, el intercambiador funcionará
P
2Purgador
Fluido a calentar
P
2Purgador
Fluido a
calentar
Funcionamiento Intercambiador de calor
Temperatura salida aumenta
Válvula control va
cerrando y disminuye P
1Intercambiador de calor P
1Vapor
Intercambiador de calor P
1Vapor
cerrando y disminuye P
1Si P
1– P
2es
insuficiente para que el purgador drene el condensado se
produce “interrupción de flujo”
El intercambiador se inundará y será la
P
2Purgador
Fluido a calentar
P
2Purgador
Fluido a
calentar
Interrupción de flujo
• Las condiciones de “interrupción de flujo”
pueden predecirse con un gráfico.
Ejemplo:
Se dispone de un intercambiador para
calentar 10.000 kg/h de agua de 20 a 70 ºC, con presión de vapor necesaria a plena
con presión de vapor necesaria a plena
carga de 1 bar r (dato del intercambiador) y
descarga de condensado a un sistema con
presión atmosférica.
Gráfico de interrupción de flujo
200
100 120 140 160 180
T e m p e ra tu ra ºC P re s ió n b a r a b
15.512.6
1.0 3.6 10.0 8.0 6.2 4.8
2.7 2.0 1.4
20 40 60 80 100
0
1.0 0.7 0.5
0.05 0.3 0.2 0.1
Gráfico de interrupción de flujo
200
100 120 140 160 180
T e m p e ra tu ra ºC P re s ió n b a r a b
15.512.6
1.0 3.6 10.0 8.0 6.2 4.8
2.7 2.0 1.4
20 40 60 80 100
0
1.0 0.7 0.5
0.05 0.3 0.2 0.1
Temperatura salida producto = 70 ºC Temperatura entrada
producto = 20 ºC
Gráfico de interrupción de flujo
200
100 120 140 160 180
T e m p e ra tu ra ºC P re s ió n b a r a b
15.512.6
1.0 3.6 10.0 8.0 6.2 4.8
2.7 2.0 1.4
Temperatura
correspondiente a la presión del vapor a
20 40 60 80 100
0
1.0 0.7 0.5
0.05 0.3 0.2 0.1
presión del vapor a plena carga =
120 ºC (2 bar ab)
Temperatura salida producto = 70 ºC Temperatura entrada
producto = 20 ºC
Gráfico de interrupción de flujo
200
100 120 140 160 180
T e m p e ra tu ra ºC P re s ió n b a r a b
15.512.6
1.0 3.6 10.0 8.0 6.2 4.8
2.7 2.0 1.4
Temperatura
correspondiente a la presión del vapor a
Contrapresión
del sistema = 1 bar ab
20 40 60 80 100
0
1.0 0.7 0.5
0.05 0.3 0.2 0.1
presión del vapor a plena carga =
120 ºC (2 bar ab)
Temperatura salida producto = 70 ºC Temperatura entrada
producto = 20 ºC
Gráfico de interrupción de flujo
200
100 120 140 160 180
T e m p e ra tu ra ºC P re s ió n b a r a b
15.512.6
1.0 3.6 10.0 8.0 6.2 4.8
2.7 2.0 1.4
Temperatura
correspondiente a la presión del vapor a
Contrapresión
del sistema = 1 bar ab
Zona de interrupción,
20 40 60 80 100
0
1.0 0.7 0.5
0.05 0.3 0.2 0.1
presión del vapor a plena carga =
120 ºC (2 bar ab)
Temperatura salida producto = 70 ºC
Temperatura entrada producto = 20 ºC
Zona de interrupción,
necesario sistema
bomba-purgador
Gráfico de interrupción de flujo
200
100 120 140 160 180
T e m p e ra tu ra ºC P re s ió n b a r a b
15.512.6
1.0 3.6 10.0 8.0 6.2 4.8
2.7 2.0 1.4
Temperatura
correspondiente a la presión del vapor a
Contrapresión
del sistema = 1 bar ab
Zona de interrupción,
20 40 60 80 100
0
1.0 0.7 0.5
0.05 0.3 0.2 0.1
presión del vapor a plena carga =
120 ºC (2 bar ab)
Temperatura salida producto = 70 ºC
Temperatura entrada producto = 20 ºC
Zona de interrupción, necesario sistema bomba-purgador
Caudal agua con interrupción
de flujo ≤ 63% de 10.000 kg/h.
Gráfico de interrupción de flujo
200
100 120 140 160 180
T e m p e ra tu ra ºC P re s ió n b a r a b
15.512.6
1.0 3.6 10.0 8.0 6.2 4.8
2.7 2.0 1.4
Temperatura
correspondiente a la presión del vapor a
Contrapresión
del sistema = 1 bar ab
Zona de interrupción,
20 40 60 80 100
0
1.0 0.7 0.5
0.05 0.3 0.2 0.1
presión del vapor a plena carga =
120 ºC (2 bar ab)
Temperatura salida producto = 70 ºC
Temperatura entrada producto = 20 ºC
Zona de interrupción, necesario sistema bomba-purgador
Caudal agua con interrupción de flujo ≤ 63% de 10.000 kg/h.
Temperatura entrada
agua con interrupción
de flujo ≥ 38 ºC
Solución al problema de inundación
• Los problemas de inundación en sistemas de intercambio de calor se resuelven con la instalación de una bomba accionada por
vapor, montada delante del purgador .
Vapor Condensado Válvula de control
Batería calefactora
Batería calefactora
Solución al problema de inundación
• Otra solución que simplifica la instalación es la combinación bomba y purgador en una unidad compacta
• Cuando hay presión diferencial suficiente actúa como purgador y cuando no la hay el mecanismo bomba permite la entrada de vapor, que impulsa el condensado a la tubería de retorno.
Vapor
Válvula de control
Intercambiador Vapor
Aire
Funcionamiento bomba purgador
• El condensado entra al cuerpo de la bomba a través de una válvula de retención de clapeta
• El flotador conectado al mecanismo de purga, se eleva
Válvula retención entrada
• Si la presión en la entrada es suficiente para vencer la
contrapresión, el condensado es
descargado a través de la válvula de purga.
Flotador
Mecanismo de purga
Funcionamiento bomba purgador
• Si la presión del sistema es menor que la
contrapresión, un
purgador estándar se bloquearía y el
condensado inundaría el equipo
• Con la bomba purgador,
Flotador Válvula retención entrada
Dispositivo de cambio
• Con la bomba purgador, el condensado
simplemente llena la cámara de la bomba
• El flotador se eleva hasta que acciona el dispositivo de cambio.
Mecanismo de purga
Funcionamiento bomba purgador
• La entrada motriz se abre y la válvula de equilibrio se cierra
• Entra vapor y la
presión se incrementa hasta superar la
contrapresión
• El condensado es
Entrada motriz
• El condensado es forzado a salir por la válvula de purga.
Flotador
Mecanismo de purga
Funcionamiento bomba purgador
• El nivel de condensado disminuye y el flotador acciona el dispositivo de cambio
• Provoca el cierre de la entrada del fluido motriz y abre la válvula de
equilibrio
Válvula retención entrada
Dispositivo de cambio
equilibrio
• La presión escapa a través de la válvula de equilibrio y de nuevo entra condensado
• El ciclo de purga o bombeo empieza de nuevo.
Mecanismo de purga
Flotador
