GENERACION DE VAPOR_SPIRAX SARCO.pdf

ISV1-VaGeDis_604 2
Objetivo
• El vapor es el fluido más utilizado en la
industria, como medio de transferencia de
calor.
• Se pretende proporcionar un mejor
conocimiento del vapor, de los sist de
generación, y de los sist de distribución,
para que los técnicos responsables del
diseño, montaje, operación, y
mantenimiento puedan obtener mejoras en
la producción y en la eficiencia
energética.

ISV1-VaGeDis_604 3
¿Qué es el vapor?
• Es un fluido utilizado
para proporcionar
fuerza motriz y energía
calorífica
• Es el medio natural más
eficiente de
transferencia de calor
en la industria
• El vapor es incoloro,
inodoro y estéril
• Muchas industrias
utilizan el vapor como
transportador de
energía.

ISV1-VaGeDis_604 4
¿Qué es el vapor?
Aplicando calor:
• El hielo pasa a líquido
• La temperatura del líquido aumenta
• El líquido se convierte en gas (vapor saturado)
• El vapor saturado se obtiene vapor sobrecalentado
Centraremos la atención en las fases líquido/gas y en
el cambio de una a la otra.
• El agua puede estar en tres estados:
Sólido Líquido Gas (vapor)

ISV1-VaGeDis_604 5
¿Cómo se obtiene el vapor?
• Si se añade calor al agua,
su temperatura aumenta
hasta alcanzar un valor
llamado:
Temperatura de saturación
• Un nuevo aporte de energía
hará que el agua hierva y
se convierta en vapor.

ISV1-VaGeDis_604 6
¿Cómo se obtiene el vapor?
• La evaporación requiere una
cantidad importante de
energía y mientras se está
produciendo, el agua y el
vapor formado tienen la
misma temperatura
• Cuando el vapor libera esta
energía se convierte en
agua, sin cambio de
temperatura.

ISV1-VaGeDis_604 7
¿Para qué se usa el vapor?
• En las instalaciones
industriales, el vapor se
destina a tres (3) fines, que en
muchos casos pueden darse
simultáneamente:
• Vapor como materia prima
para el proceso (vapor
perdido)
• Vapor como fuente de
energía térmica en el
proceso (transporte de
energía)
• Vapor como fuente de
energía mecánica para
producción de trabajo
directamente o bien como
transformación previa a
energía eléctrica (turbinas).

ISV1-VaGeDis_604 8
¿Para qué se usa el vapor?
Agua + Calor = Vapor
Vapor − Calor = Agua
El vapor es un transportador energía.
Cuando el vapor actúa como un transportador de energía,
traslada parte de la energía del combustible, desde el
generador de vapor a los diferentes puntos de la instalación.

ISV1-VaGeDis_604 9
¿Dónde se usa el vapor?
•En la actualidad se usa como fuerza motriz en la
producción de energía eléctrica (turbinas) y como
medio de transferencia de calor en procesos muy
diversos (Calentar, Evaporar, Fundir, Esterilizar, Secar,
Humidificar, Cocinar, Lavar, Planchar) y en multitud de
industrias:
Petroquímicas
Gasolinas, Aceites, Transporte productos pesados,
etc.
Químicas
Plásticos, Pinturas, Colorantes, Conservantes,
Lacas, Fertilizantes, Detergentes, etc.
Farmacéuticas
Autoclaves de esterilización.

ISV1-VaGeDis_604 10
Automóvil y Aeronáutica
Neumáticos, Aire secado pintura, Tratamiento
metales, etc.
Astilleros
Barcos equipados con procesos industriales
y/o servicios
Textil
Fibra sintética, Tintes, Planchado, Lavado, etc.
Papeleras y Cartoneras
Secado de pasta.

ISV1-VaGeDis_604 11
Alimentación
Lácteas, Cárnicas, Conserveras, Azucareras,
Aceites, Cerveceras, Piensos, Refrescos, Zumos,
Destilerías, Tabaco, etc.
En procesos para esterilizar, cocer, secar,
humidificar, calentar agua de limpieza, etc.
Servicios
Lavanderías, Hospitales, Hoteles, Universidades
En procesos para lavar, secar, cocinar,
humidificar, calefacción.

ISV1-VaGeDis_604 12
¿Porqué se usa el vapor?
• Para su producción se utiliza agua:
Abundante, Barata, Fácil de obtener, No
presenta problemas Medioambientales.
• Es muy controlable:
A cada presión le corresponde una
temperatura, una energía específica, un
volumen específico (a mayor presión – mayor
temperatura)
Rapidez de respuesta.
Con vapor saturado y seco la transferencia de
calor se efectúa a temperatura constante.

ISV1-VaGeDis_604 13
• Transporta cantidades de energía elevadas
por unidad de masa:
Tuberías más pequeñas, Menores superficies
de intercambio en los procesos (equipos
terminales más pequeños),y menor cantidad
de fluido usado
• Es estéril y de fácil distribución y control.

ISV1-VaGeDis_604 14
• En las redes de distribución de líquidos se
necesitan equipos mecánicos de bombeo
para asegurar la circulación en el sentido
deseado.
• Cuando se trabaja con vapor no es necesario
un equipo mecánico específico para
promover la circulación del vapor, puesto
que el vapor se autotransporta, aunque a
base de consumir parte de la energía
aportada por el combustible.

ISV1-VaGeDis_604 15
• El agente motor del vapor es la diferencia de
presión en la red.
• En este sentido la ventaja esta relacionada
con la desaparición de las exigencias de
mantenimiento y reparaciones del equipo
mecánico , además de eliminar el consumo
de energía eléctrica de las bombas.

ISV1-VaGeDis_604 16
• En la mayoría de las instalaciones se requiere
suministrar energía térmica al proceso en
diferentes condiciones de presión y
temperatura.
• Esto es más fácil de realizar con el vapor que
con el líquido, a lo que hay que añadir la
posibilidad de un mejor aprovechamiento del
calor aportado al agua en el generador, pues
con el vapor se puede escalonar el uso de
vapores de características más degradadas.
(recuperación de revaporizados)

ISV1-VaGeDis_604 17
Gráfico temperatura – entalpía.
Punto inicio
evaporación
agua saturada
Línea
evaporación
Punto vapor
saturado
200 oC
0 oC
Temperatura
(
o
C)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Fracción seca
Entalpía total
Entalpía
del agua
Entalpía de evaporación
Línea agua
Línea vapor
sobrecalentado

ISV1-VaGeDis_604 18
Tablas del vapor.
ENTALPIA ESPECIFICA
Presión
manomé-
trica (bar)
Temp.
ºC
Agua
kJ / kg
Evaporación
kJ / kg
Total
kJ / kg
Volumen
específico
m3 / kg
0
1
2
3
4
5
6
7
100
120.42
133.69
143.75
151.96
158.92
165.04
170.5
419
506
562
605
641
671
697
721
2257
2201
2163
2133
2108
2086
2066
2048
2676
2707
2725
2738
2749
2757
2763
2769
1.673
0.881
0.603
0.461
0.374
0.315
0.272
0.24
Presión
absoluta
bar
1
2
3
4
5
6
7
8

ISV1-VaGeDis_604 19
Tablas del vapor.

ISV1-VaGeDis_604 20
Terminología y unidades
• Entalpía:
Energía total de un fluido
Kilojoule (kJ) o kilocaloría (kcal)
• Entalpía específica:
Energía por unidad de masa
kJ/kg ó kcal/kg
• Capacidad calorífica específica:
Capacidad que posee un sustancia para absorber calor
Energía requerida por 1 kg para aumentar su temperatura 1ºC
• Calor y transferencia de calor:
Calor es una forma de energía
Transferencia de calor es el flujo de entalpía de una materia
de alta temperatura a otra de temperatura menor, cuando
están en contacto.

ISV1-VaGeDis_604 21
Terminología y unidades
• Entalpía del agua saturada:
Entalpía del agua a la temperatura de saturación
• Entalpía de evaporación:
Entalpía que produce un cambio de estado de agua a
vapor sin variación de temperatura
• Entalpía del vapor saturado:
Suma de entalpía del agua saturada y entalpía de
evaporación
• Presión relativa y absoluta:
Relativa es la que se lee en un manómetro (bar r)
Absoluta es la suma de la relativa y la atmosférica (bar ab)
• Volumen específico:
Volumen por unidad de masa (m3/kg)
El volumen ocupado por una masa de vapor depende de su
presión. Disminuye cuando la presión aumenta.

ISV1-VaGeDis_604 22
Calidad del vapor
• Vapor Saturado
• Vapor Húmedo
• Vapor Sobrecalentado

ISV1-VaGeDis_604 23
Vapor saturado
• Es un vapor formado de agua totalmente
evaporada
• No contiene gotas de agua líquida
Es importante que el vapor utilizado para
procesos sea lo más seco posible

ISV1-VaGeDis_604 24
Vapor húmedo
• Es un vapor que contiene gotas de agua en
suspensión
• Se conoce como título del vapor a la
proporción de vapor seco
Título 0,9 indica 90% de vapor y 10% de agua
• El vapor húmedo aumenta la erosión y
reduce la transferencia de calor
• La entalpía ‘real’ de evaporación del vapor
húmedo es el producto de la fracción seca y
la entalpía específica de evaporación, de las
tablas de vapor.

ISV1-VaGeDis_604 25
Vapor sobrecalentado
• Es un vapor que se encuentra a cualquier
temperatura por encima de la del vapor
saturado
• Si la transferencia de calor continúa después
de evaporarse todo el agua, la temperatura
del vapor seguirá aumentando
• Se utiliza habitualmente para turbinas
• También puede producirse vapor
sobrecalentado en una reducción de presión.

ISV1-VaGeDis_604 26
Condensación del vapor y Transferencia de calor
Cuando el vapor
condensa cede calor
(entalpía de evaporación)
• En un recipiente con un producto calentado con vapor a
través de un serpentín, el vapor condensa cediendo su
entalpía de evaporación a la pared metálica del serpentín,
el cual la transfiere al producto
• A medida que el vapor condensa, se forma agua que
debe ser drenada (purgadores automáticos).

DSV1-SalaCaldera_603 27
Transferencia de calor
La superficie del serpentín
se conoce como:
Superficie de calefacción
La cantidad de entalpía transferida del vapor al producto es:
Q = U · S · (Tv - Tp)
U: Coeficiente de transferencia de calor
S: Superficie de calefacción
Tv: Temperatura del vapor
Tp: Temperatura del producto.
Válvula
control
Purgador

Cantidad de vapor
•El calor o entalpía en un proceso se calcula con la
fórmula: Q = M × Ce × (Tf − Ti)
Q: Calor (kJ ó kcal)
M: Masa (kg/h)
Ce: Calor específico (kJ ó kcal/kg ºC)
(agua: 4,186 kJ/kgºC ó 1 kcal/kgºC)
Tf/Ti: Temperatura final/inicial (ºC)
•Ejemplo:
Cálculo del caudal de vapor a 5 bar r. para calentar
10.000 litros/h de agua de 20 a 50 ºC
Q = 10.000 kg/h × 1 kcal/kg ºC × (50 − 20) ºC = 300.000 kcal/h
Calor latente o entalpía de evaporación a 5 bar = 499 kcal/kg
Caudal de vapor = 300.000 kcal/h ÷ 499 kcal/kg = 601 kg/h.

ISV1-VaGeDis_604 29
Barreras en la transferencia de calor.
Pared
metálica
Capas de
suciedad Producto
Producto
a
calentar
Vapor
Aire Condensado

ISV1-VaGeDis_604 30
Suciedad en el vapor
• La suciedad en el vapor es causada por:
Arrastre de sólidos del agua de caldera
Corrosión en tuberías
Restos de soldadura
Exceso de material en juntas
Productos para sellado de roscas
NOTA: Las partículas de un
cierto tamaño pueden ser
retenidas con la instalación de
filtros, pero los arrastres de
sólidos de caldera solo se
evitan con un correcto
equipamiento.
Filtro

ISV1-VaGeDis_604 31
Agua en el vapor
• La presencia de agua en el vapor reduce la
energía calorífica por unidad de masa,
disminuyendo la trasferencia de calor
• Además, las gotas de agua transportadas por el
vapor producen mayor erosión
• En procesos que precisen vapor muy seco es
recomendable la instalación de un separador.

ISV1-VaGeDis_604 32
Aire en el vapor
• La presencia de aire en el vapor tiene un
efecto negativo, anulando la transferencia de
calor
• Los materiales aislantes más efectivos están
constituidos por materiales no conductores
con células de aire
El aire entra por:
El vacío resultante del apagado de la caldera
o paro de los procesos
Alimentación de agua en la caldera con O2
(tratamiento incorrecto).

ISV1-VaGeDis_604 33
La ley de Dalton
‘Establece que en una mezcla de gases o vapores, la
presión total es la suma de las presiones parciales’
• Cada constituyente se comporta como si
ocupara el volumen solo y es independiente de
la presencia de los otros
• La presión de cada constituyente es conocida
como su presión parcial
• Si hay una mezcla de vapor y aire la presión total
es igual a la presión parcial del vapor más la
presión parcial del aire.

ISV1-VaGeDis_604 34
Ejemplo de la ley de Dalton
• Si la presión total de una mezcla vapor/aire es 2 bar a y
está formada por 3 partes de vapor y 1 parte de aire:
Presión parcial del vapor = 3/4 x2bar a = 0,5bar a
Presión parcial del aire = 1/4 x2 bar a= 1,5bar a
Presión total de la mezcla = 0,5+1,5 = 2 bar a=1 bar r
• De las tablas del vapor:
Temperatura del vapor saturado a 0,5 bar r: 111,6 ºC
Temperatura esperada de la presión manométrica
de 1 bar suponiendo que sólo hay vapor: 120 ºC
Cualquier aplicación calorífica de esta mezcla de
vapor/aire se comportaría como si recibiera vapor a
0,5 bar r , aunque el manómetro indique 1 bar
Si la aplicación necesita la temperatura de 1 bar r
no conseguirá el rendimiento deseado.

ISV1-VaGeDis_604 35
Ejemplo de la ley de Dalton

ISV1-VaGeDis_604 36
Eliminación de agua y aire en el vapor
• Solución a los problemas de agua y aire:
Instalación de Purgadores
Instalación de Eliminadores
• Son válvulas automáticas que abren en presencia de
agua o aire y cierran con vapor
Purgador
Eliminador aire
Marmita
Purgador
Eliminador aire
Final tubería

ISV1-VaGeDis_604 37
Revaporizado
• Cuando el
condensado pasa de
unas condiciones de
presión y temperatura,
a una presión inferior
con una temperatura
de saturación más
baja que la inicial,
parte del condensado
se convierte en
Revaporizado.
Drenaje de condensado con revaporizado

ISV1-VaGeDis_604 38
Cantidad de revaporizado
Vapor
7 bar r
170,5 ºC
2769 kj/kg
1000 kg/h
Condensado
entrada
purgador
7 bar r
170,5 ºC
721 kj/kg
1000 kg/h
2048 kj/kg
al proceso
Condensado
salida
purgador
0 bar
100 ºC
419 kj/kg
Revaporizado
721 - 419 = 302 kj/kg
302 : 2257 = 0,13
1000 x 0,13 = 130 kg/h
Condensado
867 kg/h

ISV1-VaGeDis_604 39
Circuito típico de vapor
Vapor
Vapor
Condensado
Condensado
Bomba
Tanque
Aportación
agua
Marmita
Depósito con
serpentín Intercambiador
Caldera

Circuito de vapor
• El vapor debe estar disponible en los puntos
de consumo cumpliendo lo siguiente:
Cantidad suficiente
Una indicación de falta de caudal es una
bajada en la presión
Presión y temperatura correcta
Atención a la pérdida de carga en las tuberías
Libre de aire, Limpio y Seco
Evitar especialmente los arrastres de agua con
el vapor que sale de la caldera

ISV1-VaGeDis_604 41
Calderas de vapor
• La caldera es el equipo
que convierte agua en
vapor aplicando calor
• De su correcta elección
y equipamiento
depende en buena
parte el rendimiento
total del sistema
• Hay dos tipos de
calderas, según la
disposición de los
fluidos:
Pirotubulares
Acuotubulares.

ISV1-VaGeDis_604 42
Calderas pirotubulares
• Calor por el interior de
los tubos
• Agua por el exterior de
los tubos
• Para presiones
máximas de 20 bar y
consumos hasta 30 T/h
• Son económicas, de
alto rendimiento y fácil
mantenimiento.
Cámara de evaporación
2º paso (tubos)
1º paso (horno)
Vapor
Gases de
combustión
Quemador
Cámara de evaporación

ISV1-VaGeDis_604 43
Calderas acuotubulares
• Calor por el exterior
de los tubos
• Agua por el interior
de los tubos
• Son más seguras
• Se usan normalmente
para presiones altas.
Calor
Agua
Vapor
Domo inferior
Domo superior

ISV1-VaGeDis_604 44
Equipamiento calderas
• Es importante que las
calderas incorporen
los equipos más
adecuados para
cumplir normativas
de seguridad,
asegurar un correcto
funcionamiento y
obtener la máxima
eficiencia en la
generación de
vapor.

ISV1-VaGeDis_604 45
Equipamiento calderas
• Los objetivos del
equipamiento de
una caldera son:
Funcionamiento
Seguridad
Eficiencia.

ISV1-VaGeDis_604 46
Equipamiento por funcionamiento
• Sistema control nivel
de agua
• Bomba alimentación
agua
• Quemador
combustible
• Presostatos
• Válvulas
interrupción,
Manómetros, etc.

ISV1-VaGeDis_604 47
Control de nivel en calderas
• El control de nivel regula la alimentación de
agua a la caldera. Existen dos tipos:
Control todo/nada:
Actúa sobre la bomba de alimentación en dos
niveles de agua preestablecidos
Control modulante:
Actúa sobre una válvula eléctrica o
neumática de forma proporcional, para
mantener un nivel de agua preestablecido.

ISV1-VaGeDis_604 48
Control de nivel todo / nada.
Sonda
conductiva
Controlador
Bomba agua
alimentación

ISV1-VaGeDis_604 49
Control de nivel modulante.
Bomba agua
alimentación
Válvula
Sonda
capacitiva
Recirculación
Controlador

ISV1-VaGeDis_604 50
Ventajas del control de nivel modulante
• Presión y caudal de vapor más estable
• Mayor eficiencia en la operación del
quemador
• Menor fatiga térmica sobre la pared de la
caldera
• Menor arrastre de agua con el vapor
• Puede usar una estación central de bombeo.

ISV1-VaGeDis_604 51
Equipamiento por seguridad
• Indicadores de nivel
• Alarmas de nivel
• Válvulas de
seguridad
• Válvulas de
retención
alimentación agua
• Presostato
• Normativas de
construcción y
ubicación.
• Supervisión de las
calderas

ISV1-VaGeDis_604 52
Indicadores de nivel.
Nivel agua normal
(control modulante)
Alarma de nivel alto
(opcional)
Paro bomba o válvula cerrada
Marcha bomba o válvula abierta
1ª Alarma de nivel bajo
2ª Alarma de nivel bajo

ISV1-VaGeDis_604 53
Alarmas de nivel
• Las alarmas de nivel detectan niveles bajo o
alto y paran la caldera. Existen dos tipos:
Alarmas de nivel estándar:
Para sala de calderas con vigilancia continua
Alarmas de nivel de alta seguridad:
Con auto verificación
Para sala de calderas sin vigilancia continua.

ISV1-VaGeDis_604 54
Sistemas de vigilancia de las calderas
• Nuevo Reglamento de Equipos a Presión REP.
• Instrucción Técnica Complementaria ITC-EP1 Calderas
(RD 2060/2008, de 12 de diciembre. BOE 05-02-09)
• Artículo 7. Sistemas de vigilancia de las calderas.
• Las calderas incluidas en el ámbito de aplicación de la
presente ITC dispondrán del sistema de vigilancia
indicado por el fabricante en las instrucciones de
funcionamiento.
• El operador de la caldera deberá realizar las
comprobaciones adecuadas de los controles,
elementos de seguridad y de la calidad del agua de
alimentación para asegurarse del buen estado de la
caldera.

ISV1-VaGeDis_604 55
• El sistema de vigilancia cumplirá los siguientes
requisitos:
• 1. Vigilancia directa.
• El operador de la caldera debe asegurar su presencia
en la sala de calderas o en sala con repetición de las
señales de seguridades, para poder actuar de forma
inmediata en caso de anomalía.
• En dicho local, debe existir un pulsador de emergencia
que pare inmediata-mente el sistema de aporte
calorífico de forma segura y que active los sistemas de
disipación de energía que hayan sido diseñados.
• Si el fabricante no ha indicado instrucciones para la
vigilancia de la caldera, se considerará como de
vigilancia directa.

ISV1-VaGeDis_604 56
• 2. Vigilancia indirecta.
• Los intervalos de comprobación de los sistemas de
control y seguridad para que el funcionamiento de la
instalación sea seguro serán indicados por el fabricante
de la caldera.
• El sistema de vigilancia de la caldera estará
relacionado con los dispositivos de control de los que
disponga.

ISV1-VaGeDis_604 57
• En las calderas que, de acuerdo con las instrucciones
de funcionamiento del fabricante, puedan funcionar de
forma automática, sin presencia del personal de
conducción en la sala de calderas, el operador deberá
realizar comprobaciones funcionales para asegurar la
operatividad de sus sistemas de control y seguridad Se
consideran adecuados los sistemas de control y
seguridad indicados en las normas UNE-EN 12953 y
12952 o cualquier otra norma equivalente que pueda
utilizar el fabricante.
• En caso de fallo de controles o seguridades requerirá la
utilización de las instrucciones de emergencia,
debiéndose pasar a vigilancia directa hasta la
subsanación de la anomalía.

ISV1-VaGeDis_604 58

ISV1-VaGeDis_604 59
Equipamiento por eficiencia
• Tratamiento del agua
de alimentación
• Control purgas de
caldera
• Recuperación de
calor en las purgas
• Control de la
combustión
• Recuperación de
calor en los humos de
combustión.

ISV1-VaGeDis_604 60
Agua de alimentación de caldera
• El agua de alimentación debe ser tratada
para:
Minimizar la corrosión en la caldera, en el
sistema de distribución del vapor y retorno de
condensados
Evitar la formación de incrustaciones en la
caldera
Minimizar la formación de espumas y arrastres
de agua de caldera con el vapor, con el fin
de obtener un vapor limpio y seco.

ISV1-VaGeDis_604 61

• Nuevo Reglamento de Equipos a Presión REP.
• Instrucción Técnica Complementaria ITC-EP1
Calderas (RD 2060/2008, de 12 de diciembre.
BOE 05-02-09)
• Artículo 8. Agua de alimentación y agua de
la caldera.
• Para todas las calderas de vapor y de agua
sobrecalentada deberá existir un tratamiento
de agua eficiente que asegure la calidad de
la misma, así como de un régimen adecuado
de controles, purgas y extracciones.
ISV1-VaGeDis_604 62

• Se considera adecuado el indicado en las
normas UNE-EN 12953-10 y 12952-12.
• Así mismo, podrá utilizarse cualquier otra
norma que aporte seguridad equivalente,
debiéndose en este caso acompañarse un
informe favorable de un organismo de control
autorizado.
• Será obligación del usuario mantener el agua
de las calderas, como mínimo, dentro de las
especificaciones de las normas citadas en el
párrafo anterior.
ISV1-VaGeDis_604 63

• A estos efectos, el usuario realizará o hará
realizar los análisis pertinentes y, si es
necesario, instalará el sistema de depuración
que le indique el fabricante, una empresa
especializada en tratamiento de agua, o el
diseñador de la instalación.
ISV1-VaGeDis_604 64

Calidad del agua de caldera.

Parámetro Unidad
Agua en caldera vapor que utiliza:
Agua alimentación
con conductividad
> 30 µS/cm
Agua alimentación
con conductividad
≤ 30 µS/cm
Presión de servicio bar > 0,5 a 20 > 0,5
Conductividad a 25 ºC µS/cm < 6000 * < 1500
pH a 25 ºC 10,5 a 12 10 a 11
Norma UNE EN-12953-10 para calderas pirotubulares
(anula y sustituye a la norma UNE 9075)
* El valor de conductividad con recalentador será el 50% del indicado
La norma también hace referencia a otros parámetros (concentración de
silice, fosfato, etc)

Norma UNE EN-12952-12 para calderas acuotubulares
(anula y sustituye a la norma UNE 9075)
* El valor de conductividad con recalentador será el 50% del indicado
La norma también hace referencia a otros parámetros (concentración de
silice, fosfato, etc) y otros valores cuando la conductividad del agua de
alimentación es ≤ 0,2 µS/cm.
Parámetro Unidad
Agua en caldera vapor que utiliza:
Agua alimentación con
conductividad
> 30 µS/cm
Agua alimentación con
conductividad
≤ 30 µS/cm
Presión de
servicio
bar > 0,5 a 20 > 20 a 40 > 40 a 60 > 0,5 a 60 > 60 a 100
Conductividad
a 25 ºC
µS/cm < 6000 * < (6000 a
3000) *
< (3000 a
1500) *
< (1500 a
800)
< (800 a
250)
pH a 25 ºC 10,5 a 12 10,5 a 11,8 10,3 a 11,5 10 a 11 9,8 a 10,5

Miguel Ángel López 2009 CETAMINE ------ 69
TRATAMIENTO TIPICO DE AGUA DE CALDERA
• Descalcificador o Osmosis Inversa.
• Fosfatos
• Secuestrantes de Oxígeno (sulfitos, hidracina,
Dietilhidroxilamina DEHA)
• Dispersantes, agentes anti-incrustantes
• Aminas neutralizantes
• NOTA: La dosificación no tiene en cuenta el retorno de
condensados
• NOTA: La dosificación debería de variar en función de
la temperatura del deposito de alimentacion a
calderas.
• NOTA: Toxicidad. Ver productos FDA (Aptos para Uso
Alimentario)

Enfriador de muestras

• Tomar las muestras de agua
de la caldera directamente,
es poco seguro, y da un error
sobre el valor real interno, por
el revaporizado que se forma
al pasar el agua de una
presión y temperatura alta, a
la presión atmosférica en
donde no puede estar a más
de 100 ºC.
• El revaporizado que se forma
no se lleva sales y por tanto el
agua residual queda más
concentrada.

Salida agua refrigeración
Intercambiador de calor
Salida muestra
Válvula entrada
muestra
Válvula entrada agua
refrigeración
• Esto se resuelve haciendo
pasar la muestra por un
pequeño intercambiador
que se le hace pasar
agua fría.

ISV1-VaGeDis_604 76
Temperatura del agua de alimentación
Para reducir el contenido de
oxígeno y por tanto el tratamiento
químico, es conveniente que la
temperatura del agua sea la
máxima que permita la bomba de
alimentación a caldera, y la
presión del depósito.
Temperatura del agua (oC)
Contenido
de
oxigeno
(ppm
)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Eliminación del Oxigeno en el agua
ISV1-VaGeDis_604 77
• El agua fría absorbe oxígeno y otros gases
que se liberan cuando se calienta
• Es esencial retirar el oxígeno disuelto antes de
que se libere dentro de la caldera para
prevenir la corrosión en la caldera y en el
sistema de vapor
• Es posible eliminar el oxigeno por
tratamientos químicos o calentando el agua
• Calentando el agua se elimina la mayor
parte del oxigeno y puede reducirse en un
75% la cantidad de productos químicos
eliminadores de oxigeno necesarios

Variación Oxigeno - Temperatura
ISV1-VaGeDis_604 78

ISV1-VaGeDis_604 79
Depósito de alimentación incorrecto
Agua de aportación
Retorno de
Condensado
Si no se produce una buena mezcla
del agua fría y el condensado con
temperatura alta, se pierde energía.
Revaporizado
perdido

Cabezal Mezclador para depósito
ISV1-VaGeDis_604 80

ISV1-VaGeDis_604 81
Deposito de alimentación – eficaz.
Agua de aportación
Revaporizado
de las purgas
Cabezal
mezclador y
desaireador
Venteo
Control de nivel
Control de
temperatura
Tanque alimentación
Retorno de
condensado
s
a
Caldera
Sistema de
recirculación

Depósito alimentación esquema
ISV1-VaGeDis_604 82

Deposito de Alimentación a Calderas
• 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.
• La tubería de llegada de agua al depósito de alimentación tendrá
una sección tal que asegure la llegada del caudal necesario para
el consumo de la caldera en condiciones máximas de servicio, así
como para los servicios auxiliares de la propia caldera y de la sala
de calderas.
• La tubería de alimentación de agua tanto a calderas como a
depósitos, tendrá como mínimo 15 mm. de diámetro interior,
excepto para instalaciones de calderas con un PV menor o igual a
5, cuyo diámetro podrá ser menor, con un mínimo de 8 milímetros,
siempre que su longitud no sea superior a un metro.

• Las tuberías de vaciado de las calderas tendrán como mínimo 25
mm. de diámetro, excepto para calderas con un PV menor o igual a
cinco, cuyo diámetro podrá ser menor, con un mínimo de 10 mm.,
siempre que su longitud no sea superior a un metro.
• Todos los accesorios instalados en la tubería de llegada de agua
proveniente de una red pública serán de presión nominal PN 16, no
admitiéndose en ningún caso válvulas cuya pérdida de presión sea
superior a una longitud de tubería de su mismo diámetro y paredes
lisas igual a 600 veces dicho diámetro.
• La alimentación de agua a calderas mediante bombas se hará a
través de un depósito, quedando totalmente prohibido la conexión
de cualquier tipo de bomba a la red pública.
• Aunque el depósito de alimentación o expansión sea de tipo abierto,
estará tapado y comunicado con la atmósfera con una conexión
suficiente para que en ningún caso pueda producirse presión alguna
en el mismo. En el caso de depósito de tipo abierto con recuperación
de condensados, esta conexión se producirá al exterior. En el caso
de depósito de tipo cerrado, dispondrá de un sistema rompedor de
vacío.

• Todo depósito de alimentación dispondrá de un rebosadero cuya
comunicación al albañal debe poder comprobarse mediante un
dispositivo apropiado que permita su inspección y constatar el paso
del agua.
• Los depósitos de alimentación de agua y de expansión en circuito de
agua sobrecalentada y caliente dispondrán de las correspondientes
válvulas de drenaje.
• En la instalación de sistemas de tratamiento de agua de alimentación
a calderas deberá instalarse a la entrada del mismo una válvula de
retención si se conecta directamente a una red pública.

ISV1-VaGeDis_604 86
Producción de vapor
Vapor limpio y seco
Agua de
alimentación
con impurezas Acumulación
de impurezas
en la caldera
Eliminación
de impurezas.

ISV1-VaGeDis_604 87
Producción de vapor (ejemplo)
Agua alimentación con:
250 ppm = 0,25 gr / litro
Producción vapor: 10.000 kg / h
Acumulación de impurezas:
1 Hora: 0,25 x 10.000 = 2,5 kg
10 Horas: 2,5 x 10 = 25 kg
100 Horas:2,5 x 100 = 250 kg
PURGANDO
¿Cómo evitarlo?
¿Cuanto?
¿Cómo?

ISV1-VaGeDis_604 88
¿Cuanto purgar? (ejemplo)
Agua alimentación con:
250 ppm = 0,25 gr/litro
Producción vapor:
10.000 kg/h
Valor de sales recomendado:
Entre 2000 y 4000 ppm
(dependiendo de la caldera)
ppm(entrada) x Producción 250 x 10.000
Cantidad purga = = = 909 kg/h
ppm (deseado) – ppm (entrada) 3000 – 250
· Pérdidas de energía
+ Purga · Pérdidas de agua
· Pérdidas de tratamiento
· Aumento de sales
– Purga · Aumento de espumas
· Arrastre de agua con vapor

Purga de caldera excesiva
• Reducir la purga de caldera significa ahorrar energía, agua y
tratamiento. A continuación hacemos un ejemplo de ahorro energético:
(a) Presión de servicio 10 bar r
(b) Producción vapor (media anual) 8.000 kg/h
(c) Conductividad agua alimentación (media anual) 400 µS/cm
(d) Conductividad agua caldera (media anual) 3.500 µS/cm
(e) Conductividad agua caldera (valor recomendado) 5.000 µS/cm
(f) Horas/año funcionamiento 6.000 h/año
(g) Coste combustible (gas natural) 0,021 €/kWh
Datos

(h) Purga realizada: (c × b) ÷ (d − c) 1.032 kg/h
Datos
Cálculos

(i) Purga recomendada: (c × b) ÷ (e − c) 696 kg/h
Datos
Cálculos

(j) Reducción de purga: 1.032 − 696 336 kg/h
Datos
Cálculos

(k) Ahorro de energía:
(Entalpía agua caldera − Entalpía agua aportación) × j =
(781,6 kJ/kg − 84 kJ/kg) × 336 kg/h ÷ 0,9 (rendim. caldera) 260.000 kJ/h
Datos
Cálculos

(k) Ahorro de energía:
(Entalpía agua caldera − Entalpía agua aportación) × j =
(781,6 kJ/kg − 84 kJ/kg) × 336 kg/h ÷ 0,9 (rendim. caldera) 260.000 kJ/h
Ahorro anual: (k ÷ 3600 kJ/kWh) × g × f 9.100 €/año
Amortización equipo control de sólidos disueltos (instalado) 8 meses
Datos
Cálculos

Purga de caldera inferior a la necesaria
Valor alto de
sólidos en
suspensión
Suciedad en válvulas de control
Ensuciamiento de
intercambiadores
Bloqueo de purgadores.

ISV1-VaGeDis_604 96
¿Cómo purgar la caldera?
Sonda conductiva
Controlador
Válvula control purga
Enfriador de muestras.
Sistema Automático de Control de Sales
Purga de fondo (lodos)

ISV1-VaGeDis_604 97
Sistema automático de control de sales
• Mantiene el nivel de sólidos disueltos (TDS) en
caldera, cerca del valor máximo permitido
para minimizar pérdidas de calor y costes de
tratamiento
• Previene un valor de concentración de sales
demasiado alto que causaría arrastres de
agua sucia con el vapor
• Proporciona estas ventajas con el mínimo de
atención manual.

Purga de fondos temporizada
Válvula con
actuador neumático
Temporizador
Cabezal
venteador
Tanque
de
Purgas
Caldera
Para eliminar lodos deben hacerse varias
purgas cortas y rápidas
La mejor opción es una válvula con actuador
neumático y temporizador

Tanque de recogida de purgas
Manómetro
Salida a desagüe
Agua de
refrigeración
Entrada purga
de niveles
Purga de fondos
Purga de sales
Válvula de
drenaje
Cabezal venteador
• Es necesario que las purgas
de se lleven a un tanque
que incorpore un sistema
de enfriamiento.

• 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.
• No se permite el vaciado directo al alcantarillado de las descargas de
agua de las calderas; purgas de barros, escapes de vapor y purgas de
condensados, debiendo existir un dispositivo intermedio con el fin de
evitar vacíos y sobrepresiones en estas redes.
• De existir un depósito intermedio de evacuación dispondrá de:
• - Tubo de ventilación de suficiente tamaño para evitar la formación de
sobrepresión alguna, conectado a la atmósfera y libre de válvulas de
seccionamiento.
• - Capacidad suficiente para el total de agua descargada en purgas
por todas las conexiones al mismo, en un máximo de cuatro horas.
• - Las tapas o puertas de inspección con juntas que eviten los escapes
de vapor.

ISV1-VaGeDis_604 102
Recuperación de calor en la purga de sales
• Se puede recuperar hasta el 80% del calor de la purga de sales
• El sistema de recuperación estaría compuesto de un tanque de
revaporizado, un intercambiador de calor y accesorios.

Cálculo del coste del vapor (ejemplo).

Cálculo del coste del vapor (ejemplo).
Datos:
Presión vapor 10 bar r Temperatura agua alimentación 70 ºC
Tipo combustible Gas natural Coste combustible 0,021 €/kWh
Cálculos:
(a) Calor requerido (ver tabla 1) 2.489 kJ/kg
(b) Calor requerido por tonelada de vapor (a × 1.000) 2.489.000 kJ/ton
(c) Poder calorífico combustible (ver tabla 2) 3.600 kJ/kWh
(d) Energía necesaria (b ÷ c) 691 kWh
(e) Eficiencia Caldera 90%
(f) Energía real necesaria (d ÷ 0,9) 768 kWh
(g) Coste combustible 0,021 €/kWh
(h) Coste aproximado agua de aportación y tratamiento 1,00 €/ton
Coste del vapor (f × g) + h 17,12 €/ton

Calor necesario para producir vapor.
Tabla 1
Calor en kilojulios (kJ) requerido para producir un kilogramo de vapor, en
función de la presión y la temperatura del agua de alimentación
Temperatura agua de alimentación ºC
Presión
caldera
bar r 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
5 2715 2673 2631 2589 2548 2506 2464 2421 2381 2338 2295
6 2722 2680 2638 2596 2555 2513 2471 2428 2388 2345 2302
7 2727 2685 2643 2601 2560 2518 2476 2434 2393 2350 2307
8 2732 2690 2648 2607 2565 2523 2481 2439 2397 2355 2312
9 2736 2694 2653 2611 2569 2527 2485 2443 2401 2360 2316
10 2740 2698 2656 2614 2573 2531 2489 2447 2405 2363 2319
11 2743 2701 2659 2617 2576 2534 2492 2450 2408 2366 2323
12 2746 2704 2662 2620 2578 2536 2494 2452 2410 2368 2326
15 2752 2710 2668 2626 2584 2542 2500 2458 2416 2374 2332
17 2755 2713 2671 2629 2587 2545 2503 2461 2419 2377 2335
20 2759 2717 2675 2633 2591 2549 2507 2465 2423 2381 2339
25 2762 2720 2678 2636 2594 2552 2510 2468 2426 2384 2342

Poder calorífico de combustibles.
Tabla 2
Poder calorífico de combustibles
Tipo combustible Viscosidad
centistoques
Peso específico
kg/dm3
Poder calorífico
Gas-oil 4 0,835 45.600 kJ/kg
Fuel ligero 50 0,935 43.500 kJ/kg
Fuel medio 230 0,95 43.000 kJ/kg
Fuel pesado 900 0,97 42.500 kJ/kg
Propano 0,51 49.800 kJ/kg
Gas natural 3.600 kJ/kWh

Estudio energético recuperando calor
• A continuación realizamos
un estudio de ahorro
energético recuperando
calor de la purga de sales,
según esquema y los
siguientes datos:
Presión de servicio 10 bar r
Producción vapor (media anual 8.000 kg/h
Conductividad agua alimentación (media anual) 400 µS/cm
Conductividad agua caldera 5.000 µS/cm
Horas/año funcionamiento 6.000 h/año
Coste combustible (gas natural) 0,021 €/kWh
Rendimiento de caldera 90 %
Coste vapor (según cálculo anterior) 17 €/tonelada

Ahorro energético recuperando revaporizado
Cuando el agua de purga pasa de la presión de caldera a una presión
inferior se produce revaporizado. Esta tabla indica el porcentaje de agua
que se convierte en vapor a una presión de 0,2 bar
Caudal purga = = 696 kg/h
400 µ
µ
µ
µS/cm × 8.000 kg/h
5000 µ
µ
µ
µS/cm – 400 µ
µ
µ
µS/cm
Revaporizado generado = 15,2 %
(según tabla siguiente)
Presión Caldera bar r 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 20 22 25 30 32
% Revaporizado 10,3 11,4 12,5 13,5 14,4 15,2 16,0 16,7 17,4 18,0 18,6 19,2 20,3 21,4 22,3 23,7 25,7 26,4
Vapor recuperado: 15,2 % de 696 kg/h 106 Kg/h
Ahorro recuperando revaporizado:
0,106 Ton/h × 6.000 h/año × 17 € /Ton. vapor
10.800 €/año.

Ahorro energético recuperando calor del agua
• El ahorro puede aumentar
instalando un
intercambiador de calor
para aprovechar parte del
calor residual del agua:

instalando un
Energía recuperada suponiendo un enfriamiento del
agua de 105 a 45 ºC: 440 kJ/kg − 188 kJ/kg 252 kJ/kg

instalando un
Calor residual:
(696 – 106) kg/h × 252 kJ/kg × 6.000 h/ año 892.080.000 kJ/año

instalando un
Calor residual:
Ahorro de energía con rendimiento caldera 90%:
(892.080.000 kJ/año ÷ 3.600 kJ/kWh) ÷ 0,9 275.300 kWh/año

instalando un
Calor residual:
Ahorro de energía con rendimiento caldera 90%:
(892.080.000 kJ/año ÷ 3.600 kJ/kWh) ÷ 0,9 275.300 kWh/año
Ahorro recuperando calor del agua residual:
275.300 kWh/año x 0,021 €/kWh
5.780 €/año

Ahorro energético total
• Recuperando revaporizado
y calor del agua residual se
obtiene un importante
ahorro energético:

Ahorro energético total
• Recuperando revaporizado
y calor del agua residual se
obtiene un importante
ahorro energético:
Ahorro total:
Revaporizado + Calor residual = 10.800 + 5.780 = 16.580 €/año
Coste aproximado: Material + Instalación = 13.000 €
Amortización: (13.000 16.580) x 12 = 10 meses

Arrastres de agua con el vapor
• Hay que tener presente que las calderas
producen arrastres de agua con el vapor por:
Producción a baja presión
Demanda excesiva
Nivel de agua alto
Formación de espuma por alta concentración de
sales
• El arrastre de agua implica
Golpes de ariete
Reducción de eficiencia
Contaminación por sales del agua de caldera.

ISV1-VaGeDis_604 117
Vídeo caldera

GENERACION DE VAPOR_SPIRAX SARCO.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to GENERACION DE VAPOR_SPIRAX SARCO.pdf

Similar to GENERACION DE VAPOR_SPIRAX SARCO.pdf (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

GENERACION DE VAPOR_SPIRAX SARCO.pdf