Sistemas de Drenaje de Condensado

Transcripción

1 Sistemas de Drenaje de Condensado

2 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 operación puedan obtener mejoras en la producción y en la eficiencia energética. DSV3-DrenaCon_603 2

3 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 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. DSV3-DrenaCon_603 3

4 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) 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. DSV3-DrenaCon_603 4

5 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 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 condensado. DSV3-DrenaCon_603 5

6 Funcionamiento purgador termostático pres. equilibrada Cápsula termostática En la puesta en marcha la cápsula termostática está fría y mantiene la válvula abierta El condensado frío y el aire son descargados inmediatamente. DSV3-DrenaCon_603 6

7 Funcionamiento purgador termostático pres. equilibrada Cápsula termostática La cápsula se calienta cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor El líquido que la llena hierve y la presión de vapor resultante empuja la válvula hacía el asiento cerrando el paso. DSV3-DrenaCon_603 7

8 Funcionamiento purgador termostático pres. equilibrada Cápsula termostática Cuando el condensado se enfría, el vapor de la cápsula condensa y la presión interna de la misma cae La válvula abre, descarga el condensado y el ciclo se repite. DSV3-DrenaCon_603 8

9 Respuesta purgador termostático presión equilibrada. Tempera atura (ºC) Curva vapor saturado Respuesta purgador presión equilibrada Presión (bar r) Existen diferentes cápsulas para descargar a temperaturas (12, 24, 4 ºC) por debajo de la temperatura del vapor DSV3-DrenaCon_603 9

10 Purgadores termostáticos presión equilibrada Ventajas Pequeños pero de gran capacidad Eliminan aire Resisten heladas y golpes de ariete Autoajustables a variaciones de presión Desventajas No usar cuando no interese anegamiento de condensado. DSV3-DrenaCon_603 10

11 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. DSV3-DrenaCon_603 11

12 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. DSV3-DrenaCon_603 12

13 Funcionamiento purgador termostático bimetálico Elemento bimetálico En la puesta en marcha, el elemento bimetálico está relajado y la válvula abierta El condensado frío y el aire son descargados inmediatamente. DSV3-DrenaCon_603 13

14 Funcionamiento purgador termostático bimetálico Elemento bimetálico Al fluir el condensado caliente a través del purgador, las láminas se dilatan y empujan la válvula contra el asiento. DSV3-DrenaCon_603 14

15 Funcionamiento purgador termostático bimetálico Elemento bimetálico 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. DSV3-DrenaCon_603 15

16 Respuesta purgador termostático bimetálico. Tempera atura (ºC) Curva saturación vapor Presión (bar r) Respuesta purgador bimetálico DSV3-DrenaCon_603 16

17 Purgadores termostáticos bimetálicos Ventajas Eliminan aire Resisten heladas y golpes de ariete Amplio margen de presión 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. DSV3-DrenaCon_603 17

18 Purgador mecánico de boya cerrada Eliminador de aire En la puesta en marcha un elemento termostático permite eliminar el aire a través de un by-pass de la válvula principal, que está cerrada por el peso de la boya. DSV3-DrenaCon_603 18

19 Purgador mecánico de boya cerrada Eliminador de aire Cuando llega el condensado eleva la boya que unida a una palanca abre la válvula permitiendo la salida El condensado frío también sale por el eliminador de aire, que cierra cuando aumenta la temperatura. DSV3-DrenaCon_603 19

20 Purgador mecánico de boya cerrada Cuando llega vapor baja la boya y cierra el orificio de salida El nivel de agua queda por encima de este orificio. DSV3-DrenaCon_603 20

21 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. DSV3-DrenaCon_603 21

22 Purgador mecánico de cubeta invertida Sello de agua Salida aire En la puesta en marcha el condensado llega al purgador y forma un sello de agua El peso de la cubeta mantiene la válvula abierta y permite la salida de condensado El aire sale por un orificio de la cubeta. DSV3-DrenaCon_603 22

23 Purgador mecánico de cubeta invertida Cuando llega el vapor, la presión eleva la cubeta, el mecanismo de palanca se desplaza y cierra la válvula de salida. DSV3-DrenaCon_603 23

24 Purgador mecánico de cubeta invertida Sello de agua Salida vapor El vapor sale de la cubeta por un pequeño orificio y el peso de la cubeta abre la válvula, repitiéndose el ciclo. DSV3-DrenaCon_603 24

25 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. DSV3-DrenaCon_603 25

26 Purgador termodinámico Disco En la puesta en marcha el condensado entra en el purgador y levanta el disco, permitiendo su salida También sale el aire, aunque puede quedar bloqueado. DSV3-DrenaCon_603 26

27 Purgador termodinámico Disco 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 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. DSV3-DrenaCon_603 27

28 Funcionamiento purgador termodinámico Disco El disco se asienta en el anillo interior y cierra la entrada El disco también se asienta en el anillo exterior y mantiene la cámara superior presurizada. DSV3-DrenaCon_603 28

29 Funcionamiento purgador termodinámico Disco La presión en la cámara superior disminuye por condensación del revaporizado Cuando vence la presión de entrada, el disco se levanta y el ciclo se repite. DSV3-DrenaCon_603 29

30 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. DSV3-DrenaCon_603 30

31 Bloqueo por vapor en purgadores Cuando llega condensado al purgador, abre y lo descarga. DSV3-DrenaCon_603 31

32 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 de vapor. DSV3-DrenaCon_603 32

33 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 purgador con dispositivo antibloqueo por vapor. DSV3-DrenaCon_603 33

34 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 (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. DSV3-DrenaCon_603 34

35 Aplicaciones purgador de presión equilibrada Esterilizadores: Purgadores con cápsula que drena a temperatura próxima a la del vapor, elimina rápidamente el condensado y aire, reduciendo el tiempo de esterilización Acompañamiento no crítico de vapor: Usando la cápsula de descarga más lejana a la temperatura del vapor, aprovecha parte del calor sensible. DSV3-DrenaCon_603 35

36 Aplicaciones purgador de presión equilibrada Drenaje tuberías de vapor: Con cápsula que drena a temperatura próxima a la del vapor, es una alternativa a los termodinámicos Equipamiento de pequeños procesos: Es pequeño, compacto y buen eliminador de aire y condensado. DSV3-DrenaCon_603 36

37 Aplicaciones purgador de expansión líquida Retorno de condensado en tubería elevada Vapor Pozo de goteo Drenaje tuberías de vapor: Con ajuste de temperatura menor a 100 ºC elimina todo el condensado en las paradas. Purgador expansión líquida Purgador Drenaje atmosférico DSV3-DrenaCon_603 37

38 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. DSV3-DrenaCon_603 38

39 Aplicaciones purgador de boya cerrada Aire Purgadores Vapor Purgador Baterías de aire: Una cantidad importante de condensado se produce en un pequeño espacio Interesa una 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. DSV3-DrenaCon_603 39

40 Aplicaciones purgador de boya cerrada Vapor Separador Válvula de control Sensor de temperatura Intercambiador de calor 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. DSV3-DrenaCon_603 40

41 Aplicaciones purgador de boya cerrada Vapor Producto Válvula reductora de presión Purgador Tanques con doble fondo: Alta eficacia por una rápida y eficiente salida del aire y condensado. DSV3-DrenaCon_603 41

42 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. DSV3-DrenaCon_603 42

43 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. DSV3-DrenaCon_603 43

44 Aplicaciones purgador termodinámico Drenaje de turbinas: Elimina rápida y eficientemente el condensado, previniendo posibles daños en los álabes de la turbina producidos por el condensado Tienen capacidad para soportar condiciones sin carga de condensado con vapor sobrecalentado a muy altas temperaturas. DSV3-DrenaCon_603 44

45 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. DSV3-DrenaCon_603 45

46 Selección según caudal y presión diferencial Condensa ado (kg/h) Presión diferencial (bar 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 diferencial la de entrada Sin embargo si descarga a una línea presurizada, se tomará la diferencia de presiones entre la entrada y la salida. DSV3-DrenaCon_603 46

47 Purgadores funcionando con presiones diferentes 10 bar 3 bar A B C Receptor 0 bar 0 bar 10 bar Variable 0-10 bar 3 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. DSV3-DrenaCon_603 47

48 Purgadores funcionando con presiones diferentes Receptor 0 bar 10 bar 3 bar 10 m Válvula retención 1 bar A B C Válvula retención 10 bar Variable 0-10 bar 3 bar 1 bar 1 bar 1 bar 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 DSV3-DrenaCon_603 48

49 Purgadores funcionando con presiones diferentes Contrapresión por distancia 1 bar 10 bar 3 bar Receptor 0,5 bar 15 m Contrapresión total = 3 bar (1, ,5) Válvulas retención 3 bar A B C 10 bar Válvulas retención Variable 0-10 bar 3 bar 3 bar 3 bar 3 bar 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. DSV3-DrenaCon_603 49

50 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 todoexcepto en sistemas con control de temperatura y cilindros secadores, que sería mejor utilizar un factor de 3 DSV3-DrenaCon_603 50

51 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) Receptor 0 bar 150 kg/h 200 kg/h Pres. min. 5 bar 100 kg/h 10 m A B C 1 bar Calcular los tamaños de purgadores usando el gráfico de diapositiva anterior Los caudales indicados son de régimen. DSV3-DrenaCon_603 51

52 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) Con ndensado (kg/h) Presión diferencial (bar) Proceso P. Entrada P. Salida P. Difer. Caudal régimen Caudal con factor Tamaño purgador A DN15 DSV3-DrenaCon_603 52

53 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) Con ndensado (kg/h) Presión diferencial (bar) Proceso P. Entrada P. Salida P. Difer. Caudal régimen Caudal con factor Tamaño purgador A DN15 B DN25 DSV3-DrenaCon_603 53

54 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) Con ndensado (kg/h) Presión diferencial (bar) Proceso P. Entrada P. Salida P. Difer. Caudal régimen Caudal con factor Tamaño purgador A DN15 B DN25 C DN20 DSV3-DrenaCon_603 54

55 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) 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 55

56 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) Esquema de instalación de un pozo de goteo con sistema de drenaje, en tuberías de vapor DSV1-SalaCaldera_603 56

57 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) DSV3-DrenaCon_603 57

58 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) DSV3-DrenaCon_603 58

59 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) DSV3-DrenaCon_603 59

60 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: kg/h. Cantidad Mínima de Purgadores Requeridos: Cantidad Mínima de Purgadores Requeridos: 6. Rango de Condensación en Operación: Tubería con Aislante de 50mm: 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.) DSV3-DrenaCon_603 60

61 Dimensionado de purgadores (Ejercicio) DSV3-DrenaCon_603 61

62 Tipos de conexiones ROSCADAS Conexión desmontable que usa racores de unión roscados No puede garantizarse contra fugas BRIDAS Conexión desmontable No puede garantizarse contra fugas. DSV3-DrenaCon_603 62

63 Tipos de conexiones SOCKET WELD Unión permanente libre de fugas 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 Requiere una alineación y mayor habilidad para el montaje Tiene que cortarse la tubería para cambiar el purgador. DSV3-DrenaCon_603 63

64 Purgadores con conector universal Conexiones roscadas, SW, BW o Bridas para montar en cualquier dirección del fluido Brida rotativa para facilitar la conexión. DSV3-DrenaCon_603 64

65 Montaje purgador Proceso o Línea Filtro Purgador Válvula interrupción Condensado Válvula interrupción Detector de fugas Válvula retención DSV3-DrenaCon_603 65

66 Montaje purgador de boya cerrada Sentido de circulación del fluido según flecha en el cuerpo Posición con flecha de placa características vertical y con la punta hacia abajo DSV3-DrenaCon_603 66

67 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. DSV3-DrenaCon_603 67

68 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 2 x P x 0,41 W = 16 x 11 x 0,41 = 72 kg/h W = Fuga de vapor en Kg/h D = Diámetro orificio en mm P = Presión absoluta en bar 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 = Kg/año Con un coste de 17 euros/tonelada vapor 86 Ton/año x 17 euros/ton = euros/año. DSV3-DrenaCon_603 68

69 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 DSV3-DrenaCon_603 69

70 Detección de fugas con Spiratec (opciones) Purgador con cámara sensora independiente Control automático R1C Control automático R16C Purgador con sensor incorporado Indicador manual DSV3-DrenaCon_603 70

71 Detección de fugas con Spiratec (sistema digital). Purgador Purgador Software SCADA Convertidor Monitor R1C Alimentación 220 Vac DIGITAL SPIRATEC Línea de comunicaciones digital DSV3-DrenaCon_603 71

72 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 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. DSV3-DrenaCon_603 72

73 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 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. DSV3-DrenaCon_603 73

74 Cantidad de revaporizado Presión delante purgad dor (bar r) Se puede calcular con la fórmula: Revaporizado (kg/h) = ((E1 E2) : E3) x C E1: entalpía condensado entrada E2: entalpía condensado salida E3: entalpía evaporación salida C: caudal de condensado Presión de revaporizado (bar r) Presión Atmosférica Si los datos lo permiten también puede utilizarse esta tabla kg revaporizado / kg condensado DSV3-DrenaCon_603 74

75 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 la velocidad que permita al condensado caer en la parte baja La altura debe ser suficiente para que el revaporizado sea seco Entrada de condensado alta presión Salida de revaporizado a baja presión Tanque de revaporizado Salida de condensado. DSV3-DrenaCon_603 75

76 Sistema recuperación de calor (ejemplo 1) Procesos con vapor a 10 bar y consumo 5000 kg/h Revaporizado 500 kg/h Válvula reductora Procesos con vapor a 2 bar y consumo 1000 kg/h Flujo Aire Purgadores Ahorro recuperando Revaporizado: 500 kg/h x 16 h/día x 250 días/año = T. vapor/año T/año x 17 euros/t = /año. Tanque revaporizado Condensado 5500 kg/h DSV3-DrenaCon_603 76

77 Sistema recuperación de calor (ejemplo 2) Vapor Control temperatura Intercambiador Fluido caliente Purgador Condensador Retorno condensado Bomba mecánica Vapor Retorno fluido frío Alternativa en los casos donde no se puede aplicar un sistema de recuperación de revaporizado, según lo indicado anteriormente. DSV3-DrenaCon_603 77

78 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: Cabezal mezclador Condensado Vapor Caldera Válvula purga 909 kg/h 7 bar r Tanque revaporizado Tanque alimentación Intercambiador Bomba agua Drenaje Agua fría DSV3-DrenaCon_603 78

79 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 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. DSV3-DrenaCon_603 79

80 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 Kg/h (f) Coste combustible (gas natural) 0,021 /kwh (g) Coste agua y tratamiento 1 /ton (h) Funcionamiento proceso h/año (i) Rendimiento caldera 90 % DSV3-DrenaCon_603 80

81 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 Kg/h (f) Coste combustible 0,021 /kwh (g) Coste agua y tratamiento 1 /ton (h) Funcionamiento proceso h/año (i) Rendimiento caldera 90 % Cálculos: (j) Energía recuperada: ((b 0,80) d) e kj/h DSV3-DrenaCon_603 81

82 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 Kg/h (f) Coste combustible 0,021 /kwh (g) Coste agua y tratamiento 1 /ton (h) Funcionamiento proceso h/año (i) Rendimiento caldera 90 % Cálculos: (j) Energía recuperada: ((b 0,80) d) e kj/h (k) Ahorro energético: (j h) kj/kwh kwh/año DSV3-DrenaCon_603 82

83 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 Kg/h (f) Coste combustible 0,021 /kwh (g) Coste agua y tratamiento 1 /ton (h) Funcionamiento proceso h/año (i) Rendimiento caldera 90 % Cálculos: (j) Energía recuperada: ((b 0,80) d) e kj/h (k) Ahorro energético: (j h) kj/kwh kwh/año (m) Ahorro coste energético: (k 0,9) f /año DSV3-DrenaCon_603 83

84 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 Kg/h (f) Coste combustible 0,021 /kwh (g) Coste agua y tratamiento 1 /ton (h) Funcionamiento proceso h/año (i) Rendimiento caldera 90 % Cálculos: (j) Energía recuperada: ((b 0,80) d) e kj/h (k) Ahorro energético: (j h) kj/kwh kwh/año (m) Ahorro coste energético: (k 0,9) f /año (n) Ahorro coste agua y tratamiento: (e 1.000) g h /año DSV3-DrenaCon_603 84

85 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 Kg/h (f) Coste combustible 0,021 /kwh (g) Coste agua y tratamiento 1 /ton (h) Funcionamiento proceso h/año (i) Rendimiento caldera 90 % Cálculos: (j) Energía recuperada: ((b 0,80) d) e kj/h (k) Ahorro energético: (j h) kj/kwh kwh/año (m) Ahorro coste energético: (k 0,9) f /año (n) Ahorro coste agua y tratamiento: (e 1.000) g h /año Ahorro total: m + n /año DSV3-DrenaCon_603 85

86 Instalación bombas accionadas por vapor Condensado de purgadores Atmósfera Vapor Condensado a retorno Entrada condensado por gravedad Escape.. DSV3-DrenaCon_603 86

87 Instalación bombas accionadas por vapor DSV3-DrenaCon_603 87

88 Instalación bombas accionadas por vapor DSV3-DrenaCon_603 88

89 Dimensionado bombas mecánicas. Ejemplo de datos necesarios para seleccionar la bomba. Proceso Presión por distancia 0.7 bar Caudal condensado 1800 kg/h Receptor Altura llenado bomba 0.6 m Bomba Presión vapor 7 bar Altura 10 m DSV3-DrenaCon_603 89

90 Dimensionado tuberías de condensado Debe diferenciarse entre las tuberías de condensado no bombeadas (con revaporizado) y las bombeadas (sin revaporizado) Tuberías no bombeadas: Seguir la línea A-B-C-D del gráfico Tuberías bombeadas: Seguir la línea E-F del gráfico. DSV3-DrenaCon_603 90

91 Dimensionado tuberías de condensado También se puede calcular con la siguiente fórmula: Sección (m 2 ) = Caudal volumétrico (m 3 /s) Velocidad del flujo (m/s) Las velocidades máximas a considerar son: Condensado con revaporizado 15 a 20 m/s Condensado sin revaporizado 1 a 2 m/s. DSV3-DrenaCon_603 91

92 Dimensionado tuberías de condensado DSV3-DrenaCon_603 92

93 Dimensionado tuberías de condensado DSV3-DrenaCon_603 93

94 Dimensionado tuberías de condensado DSV3-DrenaCon_603 94

95 Dimensionado tuberías de condensado DSV3-DrenaCon_603 95

96 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. DSV3-DrenaCon_603 96

97 Funcionamiento Intercambiador de calor Temperatura salida baja Vapor P 1 Válvula control Intercambiador de calor abre y aumenta P 1 Si P 1 > P 2 y la presión diferencial es la suficiente para que el purgador drene el condensado, el intercambiador funcionará correctamente Fluido a calentar Purgador P 2 DSV3-DrenaCon_603 97

98 Funcionamiento Intercambiador de calor Temperatura salida aumenta Vapor P 1 Válvula control va cerrando y disminuye P 1 Si P 1 P 2 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 Fluido a calentar Intercambiador de calor Purgador P 2 DSV3-DrenaCon_603 98

99 Interrupción de flujo Las condiciones de interrupción de flujo pueden predecirse con un gráfico. Ejemplo: Se dispone de un intercambiador para calentar kg/h de agua de 20 a 70 ºC, 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. DSV3-DrenaCon_603 99

100 Gráfico de interrupción de flujo Temperatura ºC Porcentaje de carga Presión bar ab DSV3-DrenaCon_

101 Gráfico de interrupción de flujo Temperatura entrada producto = 20 ºC Temperatura ºC Porcentaje de carga Presión bar ab Temperatura salida producto = 70 ºC DSV3-DrenaCon_

102 Gráfico de interrupción de flujo Temperatura correspondiente a la presión del vapor a plena carga = 120 ºC (2 bar ab) Temperatura entrada producto = 20 ºC Temperatura ºC Porcentaje de carga Presión bar ab Temperatura salida producto = 70 ºC DSV3-DrenaCon_

103 Gráfico de interrupción de flujo Temperatura correspondiente a la presión del vapor a plena carga = 120 ºC (2 bar ab) Temperatura entrada producto = 20 ºC Temperatura ºC Porcentaje de carga Presión bar ab Contrapresión del sistema = 1 bar ab Temperatura salida producto = 70 ºC DSV3-DrenaCon_

104 Gráfico de interrupción de flujo Temperatura correspondiente a la presión del vapor a plena carga = 120 ºC (2 bar ab) Temperatura entrada producto = 20 ºC Temperatura ºC Porcentaje de carga Presión bar ab Contrapresión del sistema = 1 bar ab Zona de interrupción, necesario sistema bomba-purgador Temperatura salida producto = 70 ºC DSV3-DrenaCon_

105 Gráfico de interrupción de flujo Temperatura correspondiente a la presión del vapor a plena carga = 120 ºC (2 bar ab) Temperatura entrada producto = 20 ºC Temperatura ºC Porcentaje de carga Presión bar ab Contrapresión del sistema = 1 bar ab Zona de interrupción, necesario sistema bomba-purgador Temperatura salida producto = 70 ºC Caudal agua con interrupción de flujo 63% de kg/h. DSV3-DrenaCon_

106 Gráfico de interrupción de flujo Temperatura correspondiente a la presión del vapor a plena carga = 120 ºC (2 bar ab) Temperatura entrada agua con interrupción de flujo 38 ºC Temperatura entrada producto = 20 ºC Temperatura ºC Porcentaje de carga Presión bar ab Contrapresión del sistema = 1 bar ab Zona de interrupción, necesario sistema bomba-purgador Temperatura salida producto = 70 ºC Caudal agua con interrupción de flujo 63% de kg/h. DSV3-DrenaCon_

107 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. Válvula de control Vapor Condensado Batería calefactora Bomba Purgador DSV3-DrenaCon_

108 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 Vapor Válvula de control Aire Intercambiador Bomba/purgador DSV3-DrenaCon_

109 Funcionamiento bomba purgador Válvula retención entrada El condensado entra al cuerpo de la bomba a través de una válvula de retención de clapeta Mecanismo de purga Flotador El flotador conectado al mecanismo de purga, se eleva Si la presión en la entrada es suficiente para vencer la contrapresión, el condensado es descargado a través de la válvula de purga. TEV-1105

110 Funcionamiento bomba purgador Válvula retención entrada Dispositivo de cambio Flotador Mecanismo de purga 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, el condensado simplemente llena la cámara de la bomba El flotador se eleva hasta que acciona el dispositivo de cambio. TEV-1105

111 Funcionamiento bomba purgador Flotador Entrada motriz 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 forzado a salir por la válvula de purga. Mecanismo de purga TEV-1105

112 Funcionamiento bomba purgador Válvula retención entrada Dispositivo de cambio El nivel de condensado disminuye y el flotador acciona el dispositivo de cambio Mecanismo de purga Flotador Provoca el cierre de la entrada del fluido motriz y abre la válvula de 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. TEV-1105

113 Sistemas de Drenaje de Condensado Fin Gracias por su atención