UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

OPERACIONES UNITARIAS (403)

INFORME#3

KATHERINE ROMERO VASQUEZ

GRUPO B-2: LINEAS DE VAPOR-ACCESORIOS CUARTO AÑO “B”

DOCENTE: ING.MARIANA NAVARRO, MSC

FECHA: 10/07/15

GUAYAQUIL - ECUADOR

2015-2016

Contenido

OBJETIVOS:.............................................................................................................................3

GENERAL:.............................................................................................................................3

ESPECIFICO.........................................................................................................................3

INTRODUCCION............................................................................................................................4

DIAGRAMA DE LA UNIDAD................................................................................................12

RESULTADOS........................................................................................................................13

ANÁLISIS DE RESULTADO.................................................................................................13

CONCLUSIONES....................................................................................................................14

RECOMENDACIONES..........................................................................................................14

NOMENCLATURA..................................................................................................................14

BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................15

APENDICE (◕︵◕)................................................................................................................15

OBJETIVOS:

GENERAL:

Identificar los grados de sobrecalentamiento del vapor que deberán ser los establecidos desde el diseño; de lo contrario, afectarán el área de transferencia de calor en el equipo de proceso, mismo que implicará que las líneas de alimentación de vapor de un usuario como es el cristalizador se dañe o deje de funcionar.

ESPECIFICO

Determinar y evaluar cada uno de los elementos que participan en este sistema de alimentación de vapor, antes de lleguen a un cristalizar

Identificación de las causas de la baja eficiencia de la tubería de alimentación de vapor en el cristalizador.

Operar adecuadamente las trampas de vapor utilizadas en el cristalizador.

Evitar las fugas de vapor (generan costos a periodos largos de tiempo). Mantener una presión de vapor adecuada para el cristalizador. Contar que haiga buenos procedimientos de operación.

INTRODUCCION

Tan pronto como el vapor deja la caldera empieza a ceder parte de su energía a cualquier superficie de menor temperatura. Al hacer esto, parte del vapor se condensa convirtiéndose en agua, prácticamente a la misma temperatura.La combinación de agua y vapor hace que el flujo de calor sea menor ya que el coeficiente de transferencia de calor del agua es menor que el del vapor.De acá nos podemos dar cuenta de la importancia de las trampas de vapor para una empresa que utiliza algún equipo calentado con vapor.Las ventajas de utilizar trampas son muchas, nombrando unas de las más comunes la de economizar grandes cantidades del combustible requerido para calentar las inmensas cantidades de agua lo que conlleva a un ahorro en los costos no despreciable.Teniendo en cuenta la energía que puede entregar al trabajar con vapor es que en el mercado existen varios tipos de trampas de vapor, las cuales se dividen por grupos, que veremos a continuación.

Una trampa para vapor es un dispositivo que permite eliminar: condensado, aire y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor.

Eliminación de condensado: El condensado debe pasar siempre, rápido y completamente a través de la trampa para vapor para obtener un mejor aprovechamiento de la energía térmica del vapor.

Eliminación de aire y otros gases no condensables: El aire y los gases disminuyen el coeficiente de transferencia de calor. Además, se debe tener presente que el O2 y el CO2 causan corrosión.

Prevención de pérdidas de vapor: No deben permitir el paso de vapor sino hasta que éste ceda la mayor parte de energía que contiene, también las pérdidas de vapor deben ser mínimas mientras la trampa libera vapor condensado, aire y gases incondensables.

Luego de tener clara la definición y función de trampa de vapor, analizaremos los diferentes grupos que existen en el mercado:

Grupo Mecánico. Grupo Termodinámico. Grupo Termostático

El agua puede existir en tres estados (o tres fases):

Fase sólida: Las partículas en un sólido se encuentran fuertemente unidas entre ellas. El hielo mantienen su forma independientemente del recipiente.

Fase líquida: Las partículas ya no están ordenadas. La unión entre las moléculas se rompe y el agua puede así tomar la forma del recipiente. Las partículas están muy cerca unas de otras, y por eso los líquidos son prácticamente incompresibles.

Fase gaseosa: La agitación y el desorden son máximos. El vapor de agua ocupa todo el espacio del recipiente. Las distancias entre las moléculas son grandes y por eso los gases se pueden comprimir. Observa que el vapor de agua es invisible.

En industrias usuarias de vapor, existen dos términos para el vapor los cuales son, vapor seco (también conocido como vapor saturado) y vapor húmedo.

Vapor seco: aplica a vapor cuando todas sus moléculas permanecen en estado gaseoso.

Vapor húmedo: aplica cuando una porción de sus moléculas de agua han cedido su energía (calor latente) y la condensada forma pequeñas gotas de agua.

Comenzaremos a informar que, las líneas de alimentación de vapor están conformados por equipo, tubería y accesorios que permiten el suministro del agua bajo condiciones adecuadas al sistema de vapor.

Quemadores: dispositivos de la caldera, donde se llevan a cabo la reacción química del aire con el combustible fósil, para transformarse en calor, mismo que posteriormente servirá para cambiar las propiedades del agua líquida a vapor.

Hogar de la caldera: aquí es donde se inicia la transformación del agua en estado de saturación a vapor y donde se termina de realizar el proceso de combustión iniciado en el quemador, liberando el calor del combustible.

Sistema de distribución del vapor: son series de tubos llamados “cabezales y ramales de vapor”, que permite llevar el vapor a los puntos donde el proceso

lo requiere, con la calidad y en la cantidad demandada.

Sistemas de retorno de condensados: son series de tubos denominados “cabezales y ramales de condensado”, que regresan parte del agua que se ha condensado en el proceso. Esta agua, de gran valor por su pureza, se retorna al sistema de generación de vapor con un previo tratamiento. Es muy recomendable la instalación de este sistema, ya que permite recuperar la mayor cantidad posible de condensados.

El aislamiento en tuberías, equipos y accesorios del sistema de distribución de vapor y retorno de condensado, evitara pérdidas de calor hacia el ambiente. Es muy importante instalar, en cada tramo de tubería, el espesor óptimo de aislamiento.

Se debe inspeccionar periódicamente el aislamiento para reemplazar o reparar los tramos dañados o deteriorados ya que es necesario después de que se han tenido que retirar tramos de aislamiento para reparar fugas de vapor. En general, al menos una vez por año, debe realizarse esta inspección de rutina, debe identificarse el daño

físico, grietas; bandas y cintas de sujeción rotas; juntas rotas o dañadas; y/o cubiertas dañadas.

Bloquear las líneas de vapor que no estén en operación: evitar las fugas de vapor. Las fugas de vapor son una forma visible de desperdicio de energía y, por lo mismo, también indican una indiferencia por la operación eficiente del sistema. Existen dos métodos para estimar las pérdidas de vapor por fugas: en función del tamaño del orificio y en función de la presión de operación vs altura de pluma.

Evitar las fugas de calor: para evitar pérdidas de energía por fugas de vapor, se recomienda:

Todas las fugas de vapor deben repararse tan pronto como sea posible. En el diseño del sistema de vapor, se debe evitar el uso de conexiones

roscadas.

Mantener una presión de vapor adecuada: usar vapor a la mínima presión posible, esto reducirá el consumo de energía. Los cambios en el proceso o en los equipos, frecuentemente permiten el uso de una menor presión del vapor.

Aprovechar el vapor a todos los niveles de presión posible:

En el vapor de alta presión no deben utilizarse válvulas reductoras de presión, y el vapor de baja presión no es conveniente que sea venteado a la atmósfera.

Existen ahorros cuando se eliminan los venteos y reducciones de presión. La instrumentación tendrá que considerar, desde su diseño, el monitoreo constante de la presión y los venteos de vapor.

Operar adecuadamente las trampas de vapor: la función de las trampas de vapor es la de permitir automáticamente el drenado de condensado que se forma en el sistema, sin dejar escapar el vapor, además de permitir la eliminación de aire y gases incondensables.

Para asegurar un funcionamiento adecuado, sin pérdidas de energía, se recomienda:

Elaborar para cada área operativa, un programa de revisión rutinaria de las trampas de vapor para verificar su operación adecuada; esto depende de las condiciones particulares de cada área; sin embargo, debe revisarse, como mínimo, mensualmente.

Mantener un censo actualizado de las trampas de vapor: debemos enumerar todas las trampas de vapor y registrarlas su localización en un croquis para facilitar su revisión y registro.

Capacitar al personal operativo y de mantenimiento sobre las técnicas de pruebas de operación de trampas (equipo ultrasónico)

Asignar máxima prioridad a la reparación y mantenimiento de trampas: estos aplica un procedimiento periódico que puede reducir las fallas en trampas hasta un 3 o 5%. Una trampa no cierra puede representar pérdidas de vapor entre 22 y 45 kg vapor/ hora, (50-100lb vapor/ hora). Por ello, se establece un programa de mantenimiento y debemos tener en cuenta que debe ser menor a 5% del total defectuoso las trampas de vapor que se utilizan en un proceso.

Se debe seleccionar las trampas de vapor de acuerdo a su aplicación y descarga esperada de condensado.

Válvula Check:

Las válvulas anti retorno, también llamadas válvulas de retención, válvulas uniflujo o válvulas check, tienen por objetivo cerrar por completo el paso de un fluido en circulación -bien sea gaseoso o líquido- en un sentido y dejar paso libre en el contrario. Tiene la ventaja de un recorrido mínimo del disco u obturador a la posición de apertura total. Se utilizan cuando se pretende mantener a presión una tubería en servicio y poner en descarga la alimentación.Las válvulas anti retorno son ampliamente utilizadas en tuberías conectadas a sistemas de bombeo para evitar golpes de ariete, principalmente en la línea de descarga de la bomba. 

CUESTIONARIO

1. Realizar la curva de calentamiento Cuando un cuerpo aumenta su temperatura, se produce el cambio de estado. Hay una temperatura constante en la que pueden coexistir dos estados: sólido-líquido y líquido gas.Los tramos horizontales corresponden a intervalos de tiempo en los que la temperatura del sistema físico permanece constante

2. Defina los siguientes términos2.1 Golpe de ariete

Alguna vez has escuchado un 'Bang' estruendoso o algo parecido a un golpeteo después de arrancar o apagar un grifo de agua? Este es el sonido del golpe de ariete en el sistema de tubería de agua. En una fábrica, una bomba iniciando o finalizando su operación, o un venteo de aire cerrando repentinamente son claros ejemplos de cuando esto podría suceder.

Además de los sistemas de tuberías para transportar agua, el golpe de ariete se puede presentar de igual manera en los sistemas de recuperación de condensado (es decir circulación de agua) y de vapor. Nótese que ya que el vapor está involucrado, este tipo de golpe de ariete es algunas veces también llamado 'ariete hidráulico'.

2.2 Vapor flash

Es un nombre dado al vapor que se forma a partir del condensado caliente cuando existe una reducción en la presión, se genera cuando condensado de alta temperatura/presión se expone a una gran caída de presión tal como la descarga de una trampa de vapor.

2.3 Válvula de seguridad en una gráfica e identifique sus partes principales

También llamadas válvulas de seguridad o válvulas de alivio, están diseñadas para aliviar la presión cuando un fluido supera un límite preestablecido (presión de tarado). Su misión es evitar la explosión del sistema protegido o el fallo de un equipo o tubería por un exceso de presión. Existen también las válvulas que alivian la presión de un fluido cuando la temperatura (y por lo tanto, la presión) supera un límite establecido.

3. ¿Qué son trampas de vapor, cómo se clasifica? Son un tipo de válvula automática que filtra el condensado (es decir vapor condensado) y gases no condensables como lo es el aire esto sin dejar escapar al vapor.

Grupo mecánico Grupo termodinámico Grupo termostático

3.1Describa cada una, su gráfica y su uso.Grupo mecánico:

Son trampas de vapor que operan bajo el principio de gravedad específica (específicamente la diferencia en los pesos específicos de agua y vapor), a diferencia de otros tipos de trampas de vapor que se basan en el cambio de temperatura o cambio de velocidad / fase.Utiliza la flotabilidad. También conocidas como 'Trampas de Flotador' o “Trampas de Cubeta”.USO: Las Trampas mecánicas son capaces de operar en respuesta precisa para el flujo de condensado sin que su rendimiento se ve comprometida por la mayoría de los factores externos.

Grupo termodinámico:Son valuadas por su tamaño compacto y versatilidad para un rango amplio de presiones. Pueden tener una construcción simple y operar tanto en posición horizontal o vertical. USO: para una amplia variedad de traceos, drenajes de tubería de distribución y algunos procesos pequeños que usen vapor.

Grupo termostático:Estas trampas de vapor operan por la diferencia de temperatura entre el vapor y el condensado.USO: Aire acondicionado, trazas de vapor, equipos calentados con vapor, etc.

3.2 Parámetros a tener en cuenta para la selección de cada tipo de trampa

Aplicación Presión de vapor del sistema

Contrapresión Temperatura

Presión diferencial (siempre debe ser positiva)

Carga máxima Carga mínima Factor de seguridad Elevación después de la trampa

Control de temperatura Tipo de equipo Materiales y conexiones Retorno de condensado Vibración Venteo de aire

4. ¿Qué es un sistema Bypass, dibuje e identifique cada componente

Se refiere a cualquier válvula instalada en una línea de bypass, y no es utilizada para indicar una forma o configuración en particular.

La tubería de bypass que actúa como una línea de respaldo para permitir que la operación continúe mientras equipo dañado como válvulas reductoras de presión y trampas de vapor sean aisladas y paradas durante la reparación o el reemplazo

Tubería de bypass cuyo propósito es el de suplementar el desempeño de las válvulas reductoras de presión y las trampas de vapor

4.1Aplicación de una unidad de laboratorio de operaciones unitarias

Este problema también lo presentan el resto de los calentadores de jugo, debido a esto , mostraremos a continuación la figura 6.25, la cual nos indica cómo deben estar correctamente instalado los accesorios recomendados los mismo que ayudarán, a que el sistema , obtenga una mejor eficiencia de funcionamiento.

Figura 6.25 Instalación Y Ubicación Recomendada Para Los Accesorios En Un Intercambiador Multitubular Para Calentamiento Del Jugo De Caña

5. ¿Por qué se utiliza filtros y purgadores de aire en las líneas de vapor?

Filtros:Proteger mediante el retiro de herrumbre, escoria proveniente de la tubería y materia extraña a las trampas de vapor, válvulas reductoras, válvulas de control, etc.Purgadores:Es un tipo de válvula automática que descarga el condensado producido en los procesos que consumen vapor y en los conductos de vapor, sin permitir que se descargue el vapor.

6. ¿Qué provocaría una trampa dañada?Una trampa mecánica con falla provocará un flujo de dos fases en la tubería de condensadoLa pérdida del vapor ya fuera de un proceso.Retención del condensado dentro de las tuberías.

7. ¿Para qué se utiliza la válvula check antes de una trampa de vapor?Son necesarias si existe el riesgo de un contra flujo de condensado.La válvula de check previene los golpes de ariete ya que existen varios mecanismos que generan golpe de ariete. Una causa principal del golpe de ariete en líneas de recuperación de condensado es el contra flujo en las líneas de condensado producido por un elevaciones verticales en la tubería. La instalación de una válvula check en cada una de estas locaciones es sumamente efectiva para prevenir el golpe de ariete debido al contra flujo.

De igual manera las válvulas check pueden prevenir el golpe de ariete ocasionado por un flujo pulsante de condensado a baja temperatura en una tubería de recuperación de condensado.

Prestar atención que si se encuentra instalada una válvula check a la salida de una trampa que esté operando bajo una extrema baja presión diferencial, la válvula check

L ín e a d ev a p o r

p r in c ip a l

I n te r c a m b ia d o r d e tu b o y c o r a z a

S a l id a d e m e la d u r a o

ju g o d e c a ñ a

V e n te a d o rd e a ir e

E n t r a d a d e m e la d u r a o

ju g o d e c a ñ a

R e g u la d o r a d e p r e s ió n

B o ls i l lo C o le c t o r d e S u c ie d a d e s

por si misma se vuelve un punto de resistencia (Ej. De igual manera la válvula check tiene una caída de presión), lo que significa que es necesario calcular cuidadosamente la caída de presión.

DIAGRAMA DE LA UNIDAD

RESULTADOSANÁLISIS DE RESULTADO

Para cambiar de un estado líquido a uno de vapor se requiere de mucha energía que ejerza la caldera.

El vapor juega un papel importante en la revolución industrial. Como podemos observar mediante un análisis de este tema de líneas de

vapor es que hay dos maneras de que el vapor entre en contacto con el producto y es directa e indirecta.

Si ocurre un golpe de ariete (se escuche sonidos proveniente de las tuberías), la presión podría cambiar momentáneamente de manera abrupta por más de 10MPa dentro de la tubería provocando los daños en la misma hasta incluso en el equipo o válvulas.

El vapor es un gas invisible, y si se lo puede ver entonces ya no es más vapor sino condensado

Las trampas de vapor es automático que abre para liberar el aire condensado del circuito de vapor son usados en un proceso de alimentación de vapor a un usuario, en este caso cristalizador

El vapor de baja presión no es conveniente que sea venteado a la atmósfera.

Cuando una trampa falla queda cerrada se acumula condensado causando mala calidad y efecto en los procesos.

El condensado al salir hacia la atmosfera sale como vapor por el cambio de presión.

El agua de un condensado que ha sido atrapado en la trampa, sale como flash, al salir hacia la atmosfera ya que esta con cierta cantidad de temperatura dentro de una tubería y al salir hacia la atmosfera provoca el conocido flash.

Si se escuchan ruidos fuertes por lo que podemos concluir que existe golpe de ariete en su interior.

CONCLUSIONES

se requiere mucha energía para convertir el agua en vapor. Podemos concluir que el calor es conocido por sus

aplicaciones en calentamiento, fungiendo tanto como fuente directa (está en contacto con el producto que está siendo calentado) e indirecta (el vapor no entra en contacto directo con el producto a calentar) de calor.

Debemos de tener en cuenta de cómo se produce un golpe de ariete.

El golpe de ariete es cuando un gas o vapor se comprime en cierta área de la tubería donde la presión actúa, como la fuerza es directamente proporcional a la presión ejercida en cierta área esta se multiplica por el área que está encerrada el vapor, causando al abrir la válvula arrase con todo lo que encuentre, dañándolo provocando los grandes accidentes dentro de las industrias como fue en san Carlos.

La acumulación de condensado puede provocar un golpe de ariete.

Cuando la trampa está en posición abierta causa una considerable pérdida de energía

Además es necesario instalar piernas colectoras en las tuberías que no posean drenajes de condensado a fin de evitar los golpes de ariete , de ser posible conectarles a estos drenajes trampas de vapor con su correspondiente By-pass los cuales se usarían en los arranques en que la cantidad de agua ( condensado ) y aire en el sistema es mayor.

RECOMENDACIONES Realizar mantenimiento a las líneas de vapor como los

accesorios, para evitar estos tipos de accidentes. Los Golpes de ariete causan daños severos en las tubería, equipo

o cubierta de la maquinaria, resultando en daños no solo para las juntas en las uniones, sino también en las válvulas o bridas de válvulas

Se debe inspeccionar las trampas de vapor usando ultrasonidos que pueden ser de aguja o magnéticos.

Colocar un balde o colector de suciedades, de lo que cae de la válvula de purgadores.

Se debe ablandar el agua o debe ser tratada antes de entrar en una caldera.

NOMENCLATURAmc : Carga de Condensado (kg/h)mf ｓ : Rango de Flujo de Vapor Flash (kg/h)

Rfs : Relación de Vapor Flash (%)hc : Entalpía específica del condensado (kJ/kg)

hfc : Entalpía específica de agua saturada (kj/kg)

hfg : Calor latente del vapor flash (kJ/kg)

Pc : Presión del Condensado (MPaG)

Cc : Carga de Condensado (kg/h)

Plr : Presión de la Línea de Recuperación (MPaG)

SIMBOLOGÍA

d : Diámetro Interno Tubería (m)l : Longitud de la Tubería (m)v : Velocidad del Gas (m/s)

∆p : Caída de Presión (Pa)μ : Coeficiente de Fricciónρ : Densidad (kg/m³)V : Volumen Específico (m³/kg)

ms : Rango de Flujo de vapor (kg/h)

v : Velocidad del Vapor (m/s)

mc : Carga de Condensado (kg/h)d : Diámetro Interno Tubería (m)

BIBLIOGRAFIA

CIENCIA, R. D. (s.f.). Curva de Calentamiento-Diagrama de Fases. Obtenido de Comportamiento de Particulas: http://jecbciencias.jimdo.com/contenidos-ayudas/curva-de-calentamiento-diagrama-de-fases/

E+ educaplus.org. (s.f.). Obtenido de Curva de calentamiento del agua: http://www.educaplus.org/play-261-Curva-de-calentamiento-del-agua.html

energia, c. n. (2002). Guia de vapor para la industria . CONAE , 2-5.

ME, P. y. (2009). TIPOS DE TRAMPAS. CONUEE, 1-14.

TLV. (2015). compañia especialista en vapor. Obtenido de http://www.tlv.com/global/LA/calculator/pipe-sizing-pump-outlet.html

APENDICE (◕︵◕)TABLAS #1

TABLA #2

TABLA #3

TABLA #4

TABLA #5

TABLA #6

Mecánico

Termostático

GRAFICOS#1 LINEA DE ALIMENTACION DE VAPOR-ACCESORIOS

GRAFICO #2- USUARIO UTILIZANDO EL VAPOR

GRAFICO #3- ACCESORIOS DE LA LINEA DE VAPOR

Válvula Check:

Fórmulas

Dimensionamiento de Tubería para Venteo de Vapor

Vapor Flash Generado por Condensado Caliente

Dimensionamiento de la Tubería de Recuperación de Condensado Localizada Entre el Equipo y la Trampa