NORMATIVA -GUIAS DE REFERENCIA. DSV1-SalaCaldera_603 1

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1 NORMATIVA -GUIAS DE REFERENCIA DSV1-SalaCaldera_603 1

2 Colector -Distribuidor de vapor En caso de producirse arrastre de agua, un equipo con separador y drenaje lo elimina. Un colector -distribuidor en la sala de calderas facilita la alimentación de vapor a diferentes zonas de la planta y elimina arrastres de agua de caldera DSV1-SalaCaldera_603 2

3 Colector -Distribuidor de vapor ORDEN (BOE ) INSTRUCCIÓN TÉCNICA COMPLEMENTARIA MIE-AP2 DEL REGLAMENTO DE APARATOS A PRESIÓN: TUBERÍAS PARA FLUIDOS RELATIVOS A CALDERAS. Si dos o más calderas de vapor están conectadas a un colector común, éste estará provisto del correspondiente sistema de purga de condensados, y aquéllos de una válvula de retención que impida el paso del vapor de una a otra caldera. Los colectores de vapor y agua sobrecalentada en los que el producto de P (en kg./cm²) por V (en metros cúbicos) sea mayor que 5, serán sometidos a las prescripciones generales del Reglamento de Aparatos a Presión. DSV1-SalaCaldera_603 3

4 Colector -Distribuidor de vapor INSTRUCCIÓN TÉCNICA COMPLEMENTARIA ITC-MIE-AP1 CALDE-RAS, ECONOMIZADORES, PRECALENTADORES, SOBRECALENTA-DORES Y RECALENTADORES (O BOE ) (O BOE ). Toda caldera de vapor saturadodispondrá de una válvula que pueda interceptar el paso de salida del vapor. Si se trata de un grupo de caldera o recalentador que tengan un colector común, la tubería de salida de cada unidad estará provista además de una válvula de retención. Estas dos válvulas podrán ser sustituidas por una sola que realice simultáneamente ambas funciones de cierre y retención. DSV1-SalaCaldera_603 4

5 Colector -Distribuidor de vapor RECOMENDACIONES Diámetro. El diámetrodel colector de vapor se debecalcular parauna velocidad de vapor no superior a(5-10 m/s) bajo las condicionesde plena carga. La velocidad baja es importante ya que ayuda a que caiga la humedad arrastrada. Salida de vapor. Éstas siempre deben partir de la parte superior del colector de distribución. Así se asegura que sólo saldrá el vapor seco. La gravedad y la velocidad baja asegurarán que el condensado caiga al fondo colector. DSV1-SalaCaldera_603 5

6 Colector -Distribuidor de vapor Purga de vapor. Es importante que se desaloje el condensado del colector tan pronto como se forme. Por esta razón un purgador mecánico, por ejemplo un purgador de boya será la mejor opción. Los colectores que se encuentran cerca de las calderas son susceptibles a los arrastres, por tanto se recomienda el uso de purgadores de boya para manejar las fluctuaciones en las cargas de condensado. Los TD con disco eliminador de aire ofrecen una buena alternativa. El purgador debe posicionarse para que pueda drenar por gravedad. Esto asegurará que se ha drenado el colector en la puesta en marcha cuando la proporción condensación es máxima y la presión es mínima. El colector deberá tener una pequeña inclinación hacia el extremo donde se encuentra el pozo. En los colectores de más de 5 m, será conveniente colocar un pozo de goteo en cada extremo. Se estima un caudal de drenaje del 15% bajo las condiciones de plena carga. DSV1-SalaCaldera_603 6

7 Colector -Distribuidor de vapor Eliminación de aire. Con la entrada de vapor por la parte superior del colector, en la puesta en marcha, el aire tenderá a ser empujado al fondo y se debe eliminar por la parte inferior. Normalmente, se usará un purgador con una alta capacidad de eliminación de aire como un purgador de boya. Sin embargo, para asegurar que elimina completamente el aire durante las condiciones de trabajo, se puede colocar un eliminador de aire en la parte superior del colector (en el punto opuesto a la entrada del vapor). DSV1-SalaCaldera_603 7

8 Colector -Distribuidor de vapor DSV1-SalaCaldera_603 8

9 Distribución del vapor Vapor alta presión Vapor de caldera Separador Eliminador Aire Estación reductora presión Distribuidor vapor Sistema de purga La distribución a alta presión tiene las siguientes ventajas: Tubería de vapor mas pequeña con menor coste y pérdida de calor En procesos con presión baja, la reducción mejora la calidad del vapor La caldera tiene mayor rendimiento trabajando con presión alta. ISV1-VaGeDis_604 9

10 Dimensionado de tuberías Sobredimensionada +Coste + Pérdidas calor + Condensado Subdimensionada + Velocidad + Caída de presión + Erosión. ISV1-VaGeDis_604 10

11 Dimensionado de tuberías ITC-MIE-AP-02: TUBERÍAS PARA FLUÍDOS RELATIVOS A CALDERAS Orden de 6 de octubre de 1980, por la que se aprueba la Instrucción Técnica Complementaria MIE-AP2 del Reglamento de Aparatos a Presión sobre Tuberías para fluidos relativos a calderas B.O.E. Nº 265 publicado el 4/11/1980. Todas las tuberías que vayan por el piso deberán colocarse en canales cubiertos por materiales no combustibles. Las instalaciones de tuberías deben ser perfectamente accesibles para permitir la inspección de las mismas cuando se estime que pudiera haber deterioro por el uso, así como para el recambio de piezas, la lubricación de piezas móviles, etc. Queda prohibida la instalación de conducciones de fluidos calientes próximas a tuberías de productos combustibles con excepción de las tuberías de calefacción por acompañamiento de productos petrolíferos pesados. Quedan prohibidas las reducciones bruscas de sección. ISV1-VaGeDis_604 11

12 Dimensionado de tuberías Toda tubería que trabaje con fluidos calientes estará diseñada para soportar sus dilataciones mediante la colocación de los apropiados sistemas de compensación. Se utilizará tubería de acero u otro material adecuado, según normas UNE u otra norma internacionalmente reconocida, y cuyas características de presión y temperatura de servicio sean como mínimo las de diseño. Para el cálculo de las redes de tuberías se tomará como temperatura de diseño la máxima del fluido a transportar y como presión la máxima total en la instalación, que en caso vapor será igual a la presión de tarado de las válvulas de seguridad instaladas en la caldera, o en el equipo reductor de presión si existiese. En los lugares que pudieran existir vibraciones, esfuerzos mecánicos o sea necesario para el mantenimiento del aparato, podrán utilizarse tuberías flexibles con protección metálica, previa certificación de sus características. ISV1-VaGeDis_604 12

13 Dimensionado de tuberías Las válvulas y accesorios de la instalación serán de materiales adecuados a la temperatura y presión de diseño, características que deben ser garantizadas por el fabricante o proveedor. Rango de operación (PN25) En la información de las válvulas hay tablas que relacionan la presión y temperatura en función de las condiciones de diseño del material. ISV1-VaGeDis_604 13

14 Dimensionado de tuberías 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. ISV1-VaGeDis_604 14

15 Dimensionado de tuberías Las juntas utilizadas deberán ser de materiales resistentes a la acción del agua y vapor, así como resistir la temperatura de servicio sin modificación alguna. La tubería tendrá un diámetro tal que las velocidades máximas de circulación serán las siguientes: Vapor saturado: 50 m/seg. Vapor recalentado y sobrecalentado: 60 m/seg. La instalación de tuberías y accesorios para vapor, agua sobrecalentada y caliente, estará de acuerdo con la norma UNE u otra norma internacionalmente reconocida. Las tuberías podrán ser aéreas y subterráneas, pero en todos los casos deberán ser accesibles, por lo que las subterráneas serán colocadas en canales cubiertos, o en túneles de servicios. Con el fin de eliminar al mínimo las pérdidas caloríficas, todas las tuberías deberán estar convenientemente aisladas, según Decreto 1490/1975. ISV1-VaGeDis_604 15

16 Dimensionado de tuberías Para evitar que los esfuerzos de dilatación graviten sobre otros aparatos, tales como calderas, bombas o aparatos consumidores, deberán preverse los correspondientes puntos fijos en las tuberías con el fin de descargar totalmente de solicitaciones a aquéllos. En todos los casos los equipos consumidores, válvulas automáticas de regulación u otros análogos, deberán ser seccionablesde la instalación con el fin de facilitar las operaciones de mantenimiento y reparación. Todo sistema de purga de condensados conectado a tubería de retorno común estará provisto de una válvula de seccionamiento. En las instalaciones de vapor se evitarán las bolsas, pero en caso de existir, deberán instalarse los correspondientes sistemas de purgas en el punto más bajo de las mismas. ISV1-VaGeDis_604 16

17 Cómo elegimos el tamaño? Considerando: Velocidad y Caída de presión La velocidad del vapor no debe sobrepasar: En líneas principales 25 a 35 m/seg En derivaciones 20 a 25 m/seg La caída de presión no debe superar un determinado valor, para asegurar que el vapor llega a los puntos de consumo con la presión necesaria P 1 P 2 Caudal vapor L ISV1-VaGeDis_604 17

18 Presión del vapor y volumen específico Volumen específico m 3 /kg En el dimensionado de las tuberías de vapor se tiene que tener en cuenta que el volumen específico aumenta cuando disminuye la presión. 5 bar 0,31 m 3 /kg 2 bar 0,60 m 3 /kg Presión (bar r) DSV1-SalaCaldera_603 18

19 Ejemplo de dimensionado de tuberías ISV1-VaGeDis_604 19

20 Ejemplo de dimensionado de tuberías ISV1-VaGeDis_604 20

21 Ejemplo de dimensionado de tuberías ISV1-VaGeDis_604 21

22 Ejemplo de dimensionado de tuberías ISV1-VaGeDis_604 22

23 Ejemplo de dimensionado de tuberías 240 m + 25% (accesorios) = 300 m (longitud equivalente de tubería) Caldera 7 bar 1000 kg/h Batería calefactora 4 bar r (mín.) 950 kg/h. ISV1-VaGeDis_604 23

24 Ejemplo de dimensionado de tuberías Vapor Saturado (1000 kg/h, 7 bar r, 300 m) Diámetro Velocidad Pérdida carga Pérdida carga total mm. m/seg. bar / 100 m bar ,15 3,45 2.1/2 22 0,45 1,35 La tubería de 2 cumple con la condición de máxima velocidad, pero el vapor llegará al proceso con una presión inferior a la requerida Debe seleccionarse el tamaño 2.1/2 (DN65). ISV1-VaGeDis_604 24

25 Golpe de ariete. Condensado Debe evitarse el pandeo en las tuberías de vapor Bolsa de condensado En el recorrido del vapor la transmisión de calor al exterior produce condensado. La acumulación de condensado en puntos bajos de la tubería provoca vibraciones, ruidos y roturas causados por golpe de ariete ISV1-VaGeDis_604 25

26 Inclinación y drenaje de tuberías Flujo vapor Inclinación 1m. cada 250 m. de recorrido Elevación 40-50m Puntos de drenaje Las tuberías de vapor deben drenarse en : Puntos bajos y cambios de sentido Tramos rectos (cada 50 metros máximo) Finales de línea. ISV1-VaGeDis_604 26

27 Puntos de drenaje Sección Vapor Correcto Pozo de goteo Conjunto purgador Sección Vapor Condensado Incorrecto. Conjunto purgador ISV1-VaGeDis_604 27

28 Drenaje de tuberías de vapor. Esquema de instalación de un pozo de goteo con sistema de drenaje, en tuberías de vapor DSV1-SalaCaldera_603 28

29 Drenaje de tuberías de vapor. Esquema de instalación de drenaje de condensado y aire en un final de tubería DSV1-SalaCaldera_603 29

30 Pozos de goteo Para facilitar la descarga de condensado deben instalarse pozos de goteo con unas dimensiones mínimas indicadas a continuación: DSV1-SalaCaldera_603 30

31 Vapor seco en procesos Un método eficaz de obtener vapor seco en la alimentación de un proceso es la instalación de un separador con sistema de drenaje. Vapor Condensado Válvula retención Purgador Detector fugas Filtro Válvula interrupción ISV1-VaGeDis_604 31

32 Dimensionado Separadores ISV1-VaGeDis_604 32

33 Eliminación de aire. Vapor Final línea de vapor Eliminador termostático de aire Aire Condensado Purgador termodinámico ISV1-VaGeDis_604 33

34 Reducción en líneas de vapor Correcto Reducción excéntrica Vapor Vapor Incorrecto Condensado Reducción concéntrica Acumulación de condensado ISV1-VaGeDis_604 34

35 Filtros en alimentación de vapor Válvula control Filtro Vapor Los filtros en las líneas de vapor, pueden ser una fuente de problemas por golpes de ariete. Para evitarlos deben montarse con la cesta en posición horizontal. ISV1-VaGeDis_604 35

36 Conexión de las derivaciones La conexión de una derivación por la parte alta de la tubería principal asegura un vapor más seco en el proceso. Vapor Vapor Condensado Incorrecto Condensado Correcto ISV1-VaGeDis_604 36

37 Drenaje de una derivación Tubería principal Vapor Conjunto drenaje Válvula de control El condensado se acumula delante de la válvula cerrada y se introducirá con el vapor cuando abra Es conveniente el drenaje en el punto bajo de la derivación. ISV1-VaGeDis_604 37

38 Dilatación de tuberías Las tuberías se instalan a temperatura ambiente Cuando se pone en marcha la instalación y aumenta la temperatura, se dilatan aumentando su longitud Esto creará tensiones que pueden provocar deformaciones, pandeos o roturas En algunos casos las tuberías tienen flexibilidad natural, según longitud y curvas. En otros casos deben incorporar elementos que compensen estas dilataciones. DSV1-SalaCaldera_603 38

39 Compensación de dilataciones Lira Se suele utilizar cuando se dispone de espacio Debe montarse horizontal, en el mismo plano que la tubería, para evitar puntos de acumulación de condensado. ISV1-VaGeDis_604 39

40 Compensación de dilataciones Lira vertical Cuando la lira se monta en vertical debe drenarse el tramo anterior para evitar golpes de ariete por acumulación de condensado Drenaje condensado (faltan válvulas). ISV1-VaGeDis_604 40

41 Compensación de dilataciones Fuelle Se intercalan en la tubería ocupando poco espacio Deben estar perfectamente alineados con la tubería y esta tiene que estar bien anclada y guiada para que las fuerzas laterales no las soporte el fuelle. ISV1-VaGeDis_604 41

42 Cálculo de dilataciones ISV1-VaGeDis_604 42

43 Cálculo de dilataciones ISV1-VaGeDis_604 43

44 Cálculo de dilataciones Puede hacerse mediante la fórmula: Dilatación (mm) = L T S L : Longitud de tubería entre anclajes (m) Coeficientes de dilatación: Material Ejemplo: T : Diferencia de temperatura (ºC) S: Coeficiente dilatación (mm/mºc) 10-3 Calcular la dilatación de 50 metros de tubería al pasar de temperatura ambiente (10 ºC) a la temperatura del vapor a 8 bar r (175 ºC) L = 50 m T = = 165 ºC Rango de temperatura ºC Acero suave 0,1-0,2 % C 14,0 15,0 15,6 Acero aleado 1% Cr 0,5% Mo 14,4 15,1 15,8 Acero inoxidable 18% Cr 8% Ni 20,0 20,9 21,2 S= mm/m ºC Dilatación = = 124 mm DSV1-SalaCaldera_603 44

45 Cálculo de dilataciones ISV1-VaGeDis_604 45

46 Cálculo de dilataciones ISV1-VaGeDis_604 46

47 Cálculo de dilataciones ISV1-VaGeDis_604 47

48 Cálculo de soportes ISV1-VaGeDis_604 48

49 Aislamiento térmico de tuberías Pérdidas de calor Vapor Aislamiento Tubería Condensado La pérdida de calor en tuberías, depende de la temperatura del vapor, la temperatura ambiente y la eficacia del sistema aislante. La mayoría de los materiales aislantes se basan en diminutas células de aire, dispuestas en una base de material como lana mineral o fibra de vidrio, protegido con chapa de aluminio. ISV1-VaGeDis_604 49

50 Aislamiento térmico de tuberías Pérdidas de calor Vapor Aislamiento Tubería Condensado Es importante que el material aislante no quede aplastado o pueda inundarse de agua. Las pérdidas de calor con aislante saturado de agua, pueden ser 50 veces mayores que las pérdidas de la misma tubería al aire Es conveniente también aislar elementos del sistema: bridas, válvulas, separadores y otros accesorios. Para algunos existen fundas aislantes prefabricadas, provistas de cierres que permiten ser desmontadas con facilidad También es necesario aislar por seguridad. ISV1-VaGeDis_604 50

51 Aislamiento térmico de tuberías ISV1-VaGeDis_604 51

52 Pérdidas energéticas en tuberías de vapor Tamaño tubería Sin aislamiento /metro x mes Presión 8 bar Con aislamiento (eficacia 80%) /metro x mes Sin aislamiento /metro x mes Presión 12 bar Con aislamiento (eficacia 80%) /metro x mes 3/4" 2,88 0,57 3,33 0,66 1" 3,51 0,70 4,12 0,82 1.1/4" 4,31 0,86 5,01 1,01 1.1/2" 4,83 0,96 5,47 1,09 2" 5,93 1,18 6,86 1,37 2.1/2" 7,01 1,40 8,18 1,63 3" 8,32 1,66 9,69 1,94 4" 10,67 2,13 12,19 2,43 Se ha considerado un coste de energía de 0,021 /kwh y un funcionamiento de horas/año Ejemplo: En 100 metros de tubería de 4 (DN100) con presión 12 bar, el aislamiento supone un ahorro anual de euros. ISV1-VaGeDis_604 52