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
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• 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.
Funcionamiento purgador termostático pres. equilibr ada
• La cápsula se calienta cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor
Cápsula termostática
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.
Funcionamiento purgador termostático pres. equilibr ada
•Cuando el condensado se enfría, el vapor de la cápsula condensa y la presión interna de la misma cae
Cápsula termostática
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
DSV3-DrenaCon_603 11
• 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
DSV3-DrenaCon_603 12
• 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
DSV3-DrenaCon_603 13
•El condensado frío y el aire son descargados inmediatamente.
Funcionamiento purgador termostático bimetálico
•Al fluir el condensado caliente a través del purgador, las láminas se dilatan y empujan la válvula
Elemento bimetálico
DSV3-DrenaCon_603 14
empujan la válvula contra el asiento.
Funcionamiento purgador termostático bimetálico
•Cuando la temperatura del condensado se acerca a la del vapor la válvula cierra
Elemento bimetálico
DSV3-DrenaCon_603 15
•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
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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,
DSV3-DrenaCon_603 17
� 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
DSV3-DrenaCon_603 18
aire a través de un by-pass de la válvula principal, que está cerrada por el peso de la boya.
Purgador mecánico de boya cerrada
•Cuando llega el condensado eleva la boya que unida a una palanca abre la válvula permitiendo la salida
Eliminador de aire
DSV3-DrenaCon_603 19
salida• El condensado frío también sale por el eliminador de aire, que cierra cuando aumenta la temperatura.
Purgador mecánico de boya cerrada
•Cuando llega vapor baja la boya y cierra el orificio de salida
• El nivel de agua queda por
DSV3-DrenaCon_603 20
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
DSV3-DrenaCon_603 21
� 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
DSV3-DrenaCon_603 22
• 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
Purgador mecánico de cubeta invertida
•Cuando llega el vapor, la presión eleva la cubeta, el mecanismo de palanca se desplaza y cierra la
DSV3-DrenaCon_603 23
desplaza y cierra la válvula de salida.
Purgador mecánico de cubeta invertida
• El vapor sale de la cubeta por un pequeño orificio y el peso de la cubeta abre la válvula,
Salida vapor
DSV3-DrenaCon_603 24
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
DSV3-DrenaCon_603 25
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
DSV3-DrenaCon_603 26
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
DSV3-DrenaCon_603 27
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
DSV3-DrenaCon_603 28
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
DSV3-DrenaCon_603 29
•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
DSV3-DrenaCon_603 30
� 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
DSV3-DrenaCon_603 31
� Cuando llega condensado al purgador, abre y lo descarga.
Bloqueo por vapor en purgadores
DSV3-DrenaCon_603 32
�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.
Bloqueo por vapor en purgadores
DSV3-DrenaCon_603 33
� 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
DSV3-DrenaCon_603 34
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
DSV3-DrenaCon_603 35
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
DSV3-DrenaCon_603 36
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
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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
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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
DSV3-DrenaCon_603 39
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
Aplicaciones purgador de boya cerrada
DSV3-DrenaCon_603 40
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.
Aplicaciones purgador de boya cerrada
Vapor
Válvula reductora de
Producto
DSV3-DrenaCon_603 41
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
DSV3-DrenaCon_603 42
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
DSV3-DrenaCon_603 43
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
DSV3-DrenaCon_603 44
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)
DSV3-DrenaCon_603 45
� 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)
DSV3-DrenaCon_603 46
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
DSV3-DrenaCon_603 47
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.
Purgadores funcionando con presiones diferentes
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
DSV3-DrenaCon_603 48
� 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
3 bar Variable 0-10 bar
1 bar 1 bar 1 bar
Válvula retenciónVálvularetención
10 bar
1 bar 1 bar
3 bar Variable 0-10 bar
1 bar 1 bar 1 bar
Válvula retenciónVálvularetención
Purgadores funcionando con presiones diferentes
10 bar 3 bar
A B C
15 m
Receptor 0,5 bar
Contrapresión por distancia 1 bar
DSV3-DrenaCon_603 49
10 bar
3 bar
3 bar Variable 0-10 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)
DSV3-DrenaCon_603 50
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
DSV3-DrenaCon_603 51
1 bar
• Calcular los tamaños de purgadores usando el gráfico de diapositiva anterior
• Los caudales indicados son de régimen.
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Con
den
sado
(kg
/h)
DSV3-DrenaCon_603 52
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
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Con
den
sado
(kg
/h)
DSV3-DrenaCon_603 53
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
B 5 1 4 200 600 DN25
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Con
den
sado
(kg
/h)
DSV3-DrenaCon_603 54
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
B 5 1 4 200 600 DN25
C 2 1 1 100 200 DN20
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
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
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
• Esquema de instalación de un pozo de goteo con sistema de drenaje, en tuberías de vapor
DSV1-SalaCaldera_603 56
Dimensionado de purgadores (Ejercicio)
Ejemplo Calculo:Estándar de Tubería ANSI - Schedule 40.Tamaño Nominal de Tubería: 4” (DN100)Longitud de Tubería Equivalente: 200 m.Presión de Vapor: 10 bar manométrico.Temperatura Ambiente: 0 °C.Tiempo de Puesta en Marcha: 10 min.Ubicación de la Tubería: Exterior Expuesto.Tubería con Aislante de 50mm.
Rango de Condensado en Puesta en Marcha:Rango de Condensado en Puesta en Marcha: 870.734 kg/h.
DSV3-DrenaCon_603 60
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
DSV3-DrenaCon_603 62
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
DSV3-DrenaCon_603 63
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
DSV3-DrenaCon_603 64
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
DSV3-DrenaCon_603 65
Válvula interrupción
Detector de fugas
Válvula retención
Condensado
Montaje purgador de boya cerrada
Sentido de circulación
del fluido según
flecha en el Posición con
DSV3-DrenaCon_603 66
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
DSV3-DrenaCon_603 67
• 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
DSV3-DrenaCon_603 68
• 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
DSV3-DrenaCon_603 69
� 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
DSV3-DrenaCon_603 70
Purgador con sensor incorporado
Indicador manual
Detección de fugas con Spiratec (sistema digital).
Purgador Purgador
Convertidor
Software SCADA
DSV3-DrenaCon_603 71
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
DSV3-DrenaCon_603 72
�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
DSV3-DrenaCon_603 73
� 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
DSV3-DrenaCon_603 74
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
DSV3-DrenaCon_603 75
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
DSV3-DrenaCon_603 76
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
Sistema recuperación de calor (ejemplo 2)
Vapor
Control temperatura
Fluido caliente
Intercambiador
Purgador
DSV3-DrenaCon_603 77
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.
Sistema recuperación de calor (ejemplo 3)
• Se pueden obtener ahorros importantes con la recuperación de calor en la purga de sales de caldera, recuperando calor con un tanque de revaporizado y un intercambiador en el agua residual, según el siguiente esquema:
Tanque
Condensado
VaporVálvula purga
Cabezal mezclador
Tanque
Condensado
VaporVálvula purga
Cabezal mezclador
DSV3-DrenaCon_603 78
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
DSV3-DrenaCon_603 79
• 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
DSV3-DrenaCon_603 80
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año(i) Rendimiento caldera 90 %
Ahorro recuperando condensado
Datos:(a) Presión antes de purgadores 3 bar r(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h(f) Coste combustible 0,021 €/kWh(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
DSV3-DrenaCon_603 81
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h
Ahorro recuperando condensado
Datos:(a) Presión antes de purgadores 3 bar r(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h(f) Coste combustible 0,021 €/kWh(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
DSV3-DrenaCon_603 82
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h(k) Ahorro energético: (j × h) ÷ 3.600 kJ/kWh 444.444 kWh/año
Ahorro recuperando condensado
Datos:(a) Presión antes de purgadores 3 bar r(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h(f) Coste combustible 0,021 €/kWh(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
DSV3-DrenaCon_603 83
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h(k) Ahorro energético: (j × h) ÷ 3.600 kJ/kWh 444.444 kWh/año(m) Ahorro coste energético: (k ÷ 0,9) × f 10.370 €/año
Ahorro recuperando condensado
Datos:(a) Presión antes de purgadores 3 bar r(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h(f) Coste combustible 0,021 €/kWh(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
DSV3-DrenaCon_603 84
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h(k) Ahorro energético: (j × h) ÷ 3.600 kJ/kWh 444.444 kWh/año(m) Ahorro coste energético: (k ÷ 0,9) × f 10.370 €/año(n) Ahorro coste agua y tratamiento: (e ÷ 1.000) × g × h 4.000 €/año
Ahorro recuperando condensado
Datos:(a) Presión antes de purgadores 3 bar r(b) Entalpía condensado 605 kJ/kg(c) Pérdidas energéticas en el retorno 20 %(d) Entalpía agua aportación caldera 84 kJ/kg(e) Caudal condensado 1.000 Kg/h(f) Coste combustible 0,021 €/kWh(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton
DSV3-DrenaCon_603 85
(g) Coste agua y tratamiento 1 €/ton(h) Funcionamiento proceso 4.000 h/año(i) Rendimiento caldera 90 %
Cálculos:(j) Energía recuperada: ((b × 0,80) − d) × e 400.000 kJ/h(k) Ahorro energético: (j × h) ÷ 3.600 kJ/kWh 444.444 kWh/año(m) Ahorro coste energético: (k ÷ 0,9) × f 10.370 €/año(n) Ahorro coste agua y tratamiento: (e ÷ 1.000) × g × h 4.000 €/año
Ahorro total: m + n 14.370 €/año
Instalación bombas accionadas por vapor
Condensado de purgadores
Condensado a retorno
Atmósfera Vapor
DSV3-DrenaCon_603 86
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.
DSV3-DrenaCon_603 89
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)
DSV3-DrenaCon_603 90
revaporizado)
�Tuberías no bombeadas: Seguir la línea A-B-C-D del gráfico
�Tuberías bombeadas: Seguir la línea E-F del gráfico.
Dimensionado tuberías de condensado
• También se puede calcular con la siguiente fórmula:
Caudal volumétrico (m3/s)
Velocidad del flujo (m/s)Sección (m2) =
DSV3-DrenaCon_603 91
• 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:
DSV3-DrenaCon_603 96
� Temperaturas inestables
� Corrosión excesiva
� Ruido y daños en los equipos por golpes de ariete
• La principal causa de estos problemas es el drenaje deficiente del condensado por:“Interrupción de flujo”.
Funcionamiento Intercambiador de calor
Temperatura salida baja
Válvula control abre y aumenta P
Intercambiador de calor
P1Vapor
Intercambiador de calor
P1Vapor
DSV3-DrenaCon_603 97
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
Intercambiador de calor
P1Vapor
Intercambiador de calor
P1Vapor
DSV3-DrenaCon_603 98
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
DSV3-DrenaCon_603 99
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
DSV3-DrenaCon_603 100
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
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
DSV3-DrenaCon_603 101
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
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
Temperatura correspondiente a la presión del vapor a
DSV3-DrenaCon_603 102
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
Temperatura entrada producto = 20 ºC
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
Temperatura correspondiente a la presión del vapor a
Contrapresióndel sistema = 1 bar ab
DSV3-DrenaCon_603 103
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
Temperatura entrada producto = 20 ºC
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
Temperatura correspondiente a la presión del vapor a
Contrapresióndel sistema = 1 bar ab
Zona de interrupción,
DSV3-DrenaCon_603 104
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
Temperatura entrada producto = 20 ºC
Zona de interrupción,necesario sistema bomba-purgador
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
Temperatura correspondiente a la presión del vapor a
Contrapresióndel sistema = 1 bar ab
Zona de interrupción,
DSV3-DrenaCon_603 105
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
Temperatura entrada producto = 20 ºC
Zona de interrupción,necesario sistema bomba-purgador
Caudal agua con interrupciónde flujo ≤ 63% de 10.000 kg/h.
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
Temperatura correspondiente a la presión del vapor a
Contrapresióndel sistema = 1 bar ab
Zona de interrupción,
DSV3-DrenaCon_603 106
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
Temperatura entrada producto = 20 ºC
Zona de interrupción,necesario sistema bomba-purgador
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
DSV3-DrenaCon_603 107
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
DSV3-DrenaCon_603 108
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
Válvula retención entrada
Dispositivo de cambio
• Con la bomba purgador, el condensado simplemente llena la cámara de la bomba
• El flotador se eleva hasta que acciona el dispositivo de cambio.
Mecanismo de purga
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
Válvula retención entrada
Dispositivo de cambio
equilibrio
• La presión escapa a través de la válvula de equilibrio y de nuevo entra condensado
• El ciclo de purga o bombeo empieza de nuevo.
Mecanismo de purga
Flotador
TEV-1105