sistemas de drenaje de condensado - alojamientos.uva.es · programa •drenaje de condensado en...

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

DSV3-DrenaCon_603 2

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

DSV3-DrenaCon_603 3

• 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)

DSV3-DrenaCon_603 4

(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

• TermostáticosActúan por temperatura. El condensado debe enfriarse por debajo de la temperatura del vapor

� Termostáticos de presión equilibrada

� Termostáticos bimetálicos

• Mecánicos

DSV3-DrenaCon_603 5

• MecánicosActúan por diferencia de densidad entre el vapor y el condensado

� Mecánicos de boya cerrada

� Mecánicos de cubeta invertida

• TermodinámicosActúan por diferencia de velocidad entre vapor y condensado.

Funcionamiento purgador termostático pres. equilibr ada

• En la puesta en marcha la cápsula termostática está fría y mantiene la válvula abierta

El condensado frío

Cápsula termostática

DSV3-DrenaCon_603 6

• El condensado frío y el aire son descargados inmediatamente.


• La cápsula se calienta cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor


DSV3-DrenaCon_603 7

•El líquido que la llena hierve y la presión de vapor resultante empuja la válvula hacía el asiento cerrando el paso.


•Cuando el condensado se enfría, el vapor de la cápsula condensa y la presión interna de la misma cae


DSV3-DrenaCon_603 8

la misma cae

• La válvula abre, descarga el condensado y el ciclo se repite.

Respuesta purgador termostático presión equilibrada .

160

180

200

220

Tem

pera

tura

(ºC

)

Curva vapor saturado

Respuesta purgador

DSV3-DrenaCon_603 9

80

100

120

140

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Presión (bar r)

Tem

pera

tura

(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

DSV3-DrenaCon_603 10

� 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 una temperatura fija. Regulando a 100 ºC pueden descargar a la atmósfera, todo el condensado que normalmente se queda acumulado en las paradas.

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.


•Al fluir el condensado caliente a través del purgador, las láminas se dilatan y empujan la válvula



empujan la válvula contra el asiento.


•Cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor la válvula cierra



•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

Tem

pera

tura

(ºC

)

Curva saturación vapor


80

100

120

140

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Presión (bar r)

Tem

pera

tura

(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.


•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.


•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 deagua


•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.


• 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 deagua

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.



�Cuando llega vapor, el purgador cierra y entre el equipo y el purgador se forma un bloqueo.

� La tubería y el purgador quedan llenos de vapor.



� 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 purgador con dispositivo antibloqueo por vapor.

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 sensible.

Esterilizadores:Purgadores con cápsula que drena a temperatura próxima a la del vapor, elimina rápidamente el condensado y aire, reduciendo el tiempo de esterilización

Aplicaciones purgador de presión equilibrada


Equipamiento de pequeños procesos:Es pequeño, compacto y buen eliminador de aire y condensado.

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 parte del calor sensible

Tanques almacenamiento de crudo:Permite el anegamiento de condensado en serpentines largos, donde el producto puede mantenerse a temperaturas inferiores a 100°C.

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


PurgadorAire

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 trabajo.

Vapor

Intercambiador de calor

Válvula de controlSeparador

Sensor de temperatura



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

las variaciones de carga.


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

• Puede ser necesario montar un eliminador de aire en paralelo.

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 altas temperaturas.

Selección según presión y temperatura

Rango de operación (PN16)


� En la información de los purgadores hay tablas que relacionan la presión y temperatura en función de las condiciones de diseño del material.

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

Con

dens

ado

(kg

/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

Con

dens

ado

(kg

/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 diferencial. En el proceso “B” debe considerarse la mínima.


Receptor 0 bar

10 bar 3 bar

A B C10 m

Válvula

Receptor 0 bar

Receptor 0 bar

10 bar 3 bar

A B C10 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

retención� En el proceso “B” debe considerarse la presión diferencial mínima y si llega

a 1 bar, debe estudiarse la conveniencia de un sistema bomba-purgador

10 bar

1 bar


1 bar 1 bar 1 bar

Válvula retenciónVálvularetención

10 bar

1 bar 1 bar


1 bar 1 bar 1 bar

Válvula retenciónVálvularetención


10 bar 3 bar

A B C

15 m

Receptor 0,5 bar

Contrapresión por distancia 1 bar


10 bar

3 bar


3 bar 3 bar 3 bar

Válvulas retenciónContrapresióntotal = 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 a 3 bar, debe estudiarse la conveniencia de un sistema bomba-purgador.

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

Regla a seguir: Usar un factor de 2 en todo excepto en sistemas con control de

temperatura y cilindros secadores, que sería mejor utilizar un factor de 3

Dimensionado de purgadores (Ejercicio)

Receptor 0 bar

150 kg/h

A B C10 m

200 kg/hPres. 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.


Con

den

sado

(kg

/h)


Presión diferencial (bar)

Con

den

sado

(kg

/h)

Proceso P. Entrada P. Salida P. Difer. Caudal régimen Caudal con factor Tamaño purgador

A 10 1 9 150 300 DN15


Con

den

sado

(kg

/h)



Con

den

sado

(kg

/h)


A 10 1 9 150 300 DN15

B 5 1 4 200 600 DN25


Con

den

sado

(kg

/h)



Con

den

sado

(kg

/h)


A 10 1 9 150 300 DN15

B 5 1 4 200 600 DN25

C 2 1 1 100 200 DN20


Elevación

Inclinación 1m. cada 250 m. de recorridoFlujo vapor

ISV1-VaGeDis_604 55

• Las tuberías de vapor deben drenarse en :

� Puntos bajos y cambios de sentido

� Tramos rectos (cada 50 metros máximo)

� Finales de línea.

Puntos de drenaje

40 - 50m


• Esquema de instalación de un pozo de goteo con sistema de drenaje, en tuberías de vapor

DSV1-SalaCaldera_603 56


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.)

Tipos de conexiones

ROSCADASConexión desmontable que usa racores de unión roscados

No puede garantizarse contra fugas


No puede garantizarse contra fugas

BRIDASConexión desmontable

No puede garantizarse contra fugas.

SOCKET WELDUnión 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 montajeTiene que cortarse la tubería para cambiar el purgador

BUTT WELDUnión permanente libre de fugas

Requiere una alineación y mayor habilidad para el montajeTiene que cortarse la tubería para cambiar el purgador.

Purgadores con conector universal

Brida rotativa


Conexiones roscadas, SW, BW o Bridas para montar en cualquier dirección del fluido

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 = D2 x P x 0,41 W = Fuga de vapor en Kg/hD = Diámetro orificio en mmP = 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

86 Ton/año x 17 euros/Ton = 1.460 euros/año.

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 independienteControl

automático R1C

Control automático

R16C


Purgador con sensor incorporado

Indicador manual

Detección de fugas con Spiratec (sistema digital).

Purgador Purgador

Convertidor

Software SCADA


DIGITAL SPIRATEC

Alimentación 220 Vac

Línea de comunicaciones digital

MonitorR1C

Recuperación del condensado

• Es necesario recuperar el condensado por:

�Ahorro de energíaAlimentar 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 calderaEl 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

Pre

sión

del

ante

pur

gado

r (

bar

r)

Presión de revaporizado (bar r)

E1: entalpía condensado entradaE2: entalpía condensado salidaE3: entalpía evaporación salidaC: caudal de condensado


Presión AtmosféricaPresión Atmosférica

Pre

sión

del

ante

pur

gado

r (

bar

r)

kg revaporizado / kg condensado

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 decondensadoalta presión

Salida de revaporizadoa 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 condensado.

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

Rev

apor

izad

o50

0 kg

/h


Tanque revaporizado

Condensado5500 kg/hAhorro recuperando Revaporizado:

500 kg/h x 16 h/día x 250 días/año = 2.000 T. vapor/año

2.000 T/año x 17 euros/T = 34.000 €/año.

Purgadores


Vapor

Control temperatura

Fluido caliente

Intercambiador

Purgador


Vapor

Retorno condensado

Purgador

Condensador

Retornofluido frío

Bomba mecánica

� Alternativa en los casos donde no se puede aplicar un sistema de recuperación de revaporizado, según lo indicado anteriormente.


• 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

VaporVálvula purga

Cabezal mezclador

Tanque

Condensado

VaporVálvula purga

Cabezal mezclador


Tanque alimentación

Tanque revapo-rizado

Caldera

Bomba agua

Intercambiador

Agua fríaDrenaje

909 kg/h7 bar r

Tanque alimentación

Tanque revapo-rizado

Caldera

Bomba agua

Intercambiador

Agua fríaDrenaje

909 kg/h7 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 %


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



Cálculos:(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h





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





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





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





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 total: m + n 14.370 €/año

Instalación bombas accionadas por vapor

Condensado de purgadores

Condensado a retorno

Atmósfera Vapor


retorno

Entrada condensado

por gravedad

Esc

ape.

.

Dimensionado bombas mecánicas .

Presión por distancia 0.7 bar

Receptor

Proceso

� Ejemplo de datos necesarios para seleccionar la bom ba.


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.


• También se puede calcular con la siguiente fórmula:

Caudal volumétrico (m3/s)

Velocidad del flujo (m/s)Sección (m2) =


• Las velocidades máximas a considerar son:

� Condensado con revaporizado 15 a 20 m/s

� Condensado sin revaporizado 1 a 2 m/s.

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


P1Vapor


P1Vapor


abre y aumenta P1

Si P1 > P2 y la presión diferencial es la suficiente para que el purgador drene el condensado, el intercambiador funcionará correctamente

P2Purgador

Fluido acalentar

P2Purgador

Fluido acalentar

Funcionamiento Intercambiador de calor

Temperatura salida aumenta

Válvula control va cerrando y disminuye P1


P1Vapor


P1Vapor


cerrando y disminuye P1

Si P1 – P2 es insuficiente para que el purgador drene el condensado se produce “interrupción de flujo”El intercambiador se inundará y será la causa de los problemas indicados

P2Purgador

Fluido acalentar

P2Purgador

Fluido acalentar

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 flujo200

100

120

140

160

180

Tem

pera

tura

ºC

Pre

sión

bar

ab15.5

12.6

1.0

3.6

10.0

8.0

6.2

4.8

2.7

2.0

1.4


Porcentaje de carga

20

40

60

80

100

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1.0

0.7

0.5

0.05

0.3

0.2

0.1


100

120

140

160

180

Tem

pera

tura

ºC

Pre

sión

bar

ab15.5

12.6

1.0

3.6

10.0

8.0

6.2

4.8

2.7

2.0

1.4


Porcentaje de carga

20

40

60

80

100

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1.0

0.7

0.5

0.05

0.3

0.2

0.1Temperatura salida producto = 70 ºC

Temperatura entrada producto = 20 ºC


100

120

140

160

180

Tem

pera

tura

ºC

Pre

sión

bar

ab15.5

12.6

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


Porcentaje de carga

20

40

60

80

100

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 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



100

120

140

160

180

Tem

pera

tura

ºC

Pre

sión

bar

ab15.5

12.6

1.0

3.6

10.0

8.0

6.2

4.8

2.7

2.0

1.4


Contrapresióndel sistema = 1 bar ab


Porcentaje de carga

20

40

60

80

100

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1.0

0.7

0.5

0.05

0.3

0.2

0.1





100

120

140

160

180

Tem

pera

tura

ºC

Pre

sión

bar

ab15.5

12.6

1.0

3.6

10.0

8.0

6.2

4.8

2.7

2.0

1.4



Zona de interrupción,


Porcentaje de carga

20

40

60

80

100

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1.0

0.7

0.5

0.05

0.3

0.2

0.1




Zona de interrupción,necesario sistema bomba-purgador


100

120

140

160

180

Tem

pera

tura

ºC

Pre

sión

bar

ab15.5

12.6

1.0

3.6

10.0

8.0

6.2

4.8

2.7

2.0

1.4





Porcentaje de carga

20

40

60

80

100

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1.0

0.7

0.5

0.05

0.3

0.2

0.1





Caudal agua con interrupciónde flujo ≤ 63% de 10.000 kg/h.


100

120

140

160

180

Tem

pera

tura

ºC

Pre

sión

bar

ab15.5

12.6

1.0

3.6

10.0

8.0

6.2

4.8

2.7

2.0

1.4





Porcentaje de carga

20

40

60

80

100

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1.0

0.7

0.5

0.05

0.3

0.2

0.1





Caudal agua con interrupciónde 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 CondensadoVálvula de control

Batería calefactora


Bomba Purgador

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

Bomba/purgador

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

TEV-1105

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


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

TEV-1105

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

TEV-1105

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


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

TEV-1105

Sistemas de Drenaje de Condensado

Fin

Gracias por su atenciónGracias por su atención

sistemas de drenaje de condensado - alojamientos.uva.es · programa •drenaje de condensado en...

Documents