Dimensionamiento de La Tuberia Principal de Vapor

8/18/2019 Dimensionamiento de La Tuberia Principal de Vapor

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7. DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERÍAS PRINCIPALES DE VAPOR.

Como ya mencionamos en el capítulo 3, el sistema de distribución de vapor constituye el objetivo principal de la generación de vapor desde la caldera hacia los diferentes puntos o centros de consumo, por lo cual, es importante tener presente, que para este tipo de industria azucarera donde la utilizaciónde vapor recalentado es primordial, el dimensionamiento de las tuberías de vapor resulta ser un factor importante debido a las altas velocidades que se manejan para este tipo de vapor.

Entonces un incorrecto dimensionamiento y montaje de las tuberías de vapor hace que no lleguea la presión y temperatura deseados, adems puede provocar golpes de ariete y erosiones en latuberías.

El aire y la humedad son dos elementos indeseables en el vapor por las siguientes causas!

• El aire contenido en el vapor hace disminuir la temperatura "

• #a humedad en cambio hace disminuir su valor o poder calorífico.

7. Par!"etro# Nece#ar$o# para D$"en#$onar T%&er'a# de Vapor.

#os parmetros necesarios para dimensionar tuberías de vapor que utilizan vapor recalentado sern los siguientes!

Ca%dal "!#$co( El caudal msico representa la cantidad de vapor que fluye a trav$s de latubería de vapor, que se quiere dimensionar.

Pre#$)n de vapor( Es aquella presión que se registra al comienzo de la tubería que se va adimensionar.


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Te"perat%ra de vapor ( %i bien es cierto este es otro parmetro importante y junto con la presión definen las diferentes propiedades termodinmicas que posee el vapor recalentado

Ca'da de pre#$)n "!*$"a ad"$#$&le( Es la m&ima caída de presión que se puede admitir

en el tramo de la tubería que se est dimensionando. Esta caída de presión no debe e&ceder '() de la presión m&ima en la caldera. Este valor debe incluir todas las caídas de presiónoriginadas en los tubos, en los codos, y en las vlvulas. *ecu$rdese que una caída de

presión es una p$rdida de energía.

E&isten por lo tanto factores importantes que definen el dimetro de las tuberías en unsistema de vapor, así tenemos!

• El vapor utilizado en este tipo de industria es vapor recalentado debido a que poseeturbinas a vapor las mismas que son sensibles a la presencia de vapor saturado en elsistema.

• +ientras ms baja sea la presión, mayor tamao de tubería se requerir debido alincremento del volumen específico.

• - mayor caudal mayor velocidad / se incrementa la caída de presión para undeterminado dimetro de tubería

• Veloc$dad de vapor( #a velocidad incrementa el nivel de erosión y ruido en lastuberías, debido a la alta velocidad que acompaa a toda caída de presión, ver tabla 01.

TABLA +

VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA DIMENSIONAMIENTO DETUBERÍAS


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• 2otencial de crecimiento en el futuro, el tamao de las tuberías se debe definir sobre la

base de las condiciones contempladas para el futuro.

7.,. Proced$"$ento de C!lc%lo de T%&er'a# de vapor.

Ca#o ( D$"en#$ona"$ento de t%&er'a# -%e cond%cen vapor recalentado

-ntes de realizar el clculo respectivo del dimensionamiento de tubería principales de

vapor, debemos tener en consideración que en la ndustria -zucarera se trabaja

principalmente con vapor recalentado para consumo de cada turbina y debido a las

presiones y velocidades que se tiene, utiliza tubería %chedule 4(, en la succión de cada

turbina.

Cuando se tiene que dimensionar tuberías que conducen vapor recalentado se debe seguir

el siguiente procedimiento!

Pa#o ! 5ivida el flujo de vapor requerido por el factor de corrección para vapor recalentado tabla 06 , este nos dar un valor de flujo de vapor saturado equivalente 0'/.

TABLA

/ACTOR DE CORRECCI0N ( VAPOR RECALENTADO

FluídoPresión

( Lbs / Pulg 2 )Usuarios Pies / Min Km / Hr

Agua. 50 -150 Servicios Generales 300 - 600 5.4 - 11

Agua. > 150 Alimentación a al!eras 600 - 1"#00 11--##

$a%or Satura!o. 0 -15 ale&acción 4"000 - 6"000 73 - 109

$a%or Satura!o. > 50 $arios 6"000 - 10"000 109 - 18#

$a%or So'recalenta!o ó va%orrecalenta!o.

> #00 (ur'inas a va%or 9"000 - 13"500 165 - #47

CONDCON!" #elo$idad %a&onable


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Pa#o ,! 7na vez determinado este valor podemos usar la ecuación de continuidad

ecuación 8.0, mostrada a continuación !

ivapor AV m−

= ρ .

, ecuación 8.0

5espejando la ecuación anterior el rea interna tenemos!

Ai

Øiivapor AV m

−

= ρ .


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−=

V

m A

vapor

i

ρ

.

ó−

=

V

vm A S

vapor

i

.

1.' ecuación 8.'

5onde!

'.1 ! Es un factor de corrección de unidades.

vapor m.

9 :lujo msico de vapor #bmvapor ; hr. /

S v 9


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16#

−=

V

vm A S

vapor

i

.

1.' 91

'

iπφ

5espejando el dimetro tenemos lo siguiente!

π φ i

A

i

1

= " ecuación 8.3

5onde!

iφ 9 5imetro interno de la tubería in /

-i 9 =rea transversal interna de la tubería in' /

Ca#o ,( D$"en#$ona"$ento de t%&er'a# -%e cond%cen vapor de e#cape.

7na vez que el vapor recalentado pasa y se e&pansiona isoentrópicamente a trav$s de la

turbina se produce una caída substancial de presión de 3(( 2sig a '( 2sig, este tipo de

vapor llamado vapor de e#cape a una presión de '( 2sig, es utilizado para el proceso en

evaporadores , tachos, calentadores de jugo, por lo que la tubería utilizada, es una tubería

de acero al carbono -%?+ - @ 63 %chedule 1(.

Abviamente la velocidad del vapor de escape es diferente a la del vapor recalentado, por

ese motivo en la tabla 08 , se muestra diferentes rangos de velocidades del vapor de escape

dependiendo de la norma aplicada en diferentes países, por tal motivo una velocidad

óptima promedio que puede ser utilizada para dimensionar tuberías que conducen vapor de

escape ser la siguiente−

V 9 0(6.6 2ies ; %eg ó >,33( 2ies; min. /

TABLA 7


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VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DETUBERÍAS 6UE TRANSPORTAN VAPOR DE ESCAPE

Cuando se tiene que dimensionar tuberías que conducen vapor de escape se puede elegir

usar las ecuaciones 8.' y 8.3, o seguir un procedimiento sencillo y rpido, mediante la

utilización de diagramas e&perimentales mostrado a continuación 0'/!

Pa#o ! %e entra a la figura 8.0, por la parte inferior izquierda con el caudal de vapor que

va a circular por el tramo de la tubería, luego es necesario desplazarse horizontalmente

hacia la derecha hasta interceptar la línea de presión que corresponda a dicho caudal.

Pa#o ,! - partir de este punto de intercepción se asciende verticalmente en el diagrama

hasta interceptar con la línea de velocidad óptima promedio −

V 9 0(6.6 2ies;%eg ó >,33(

2ies;+in /, que se encuentre dentro del rango recomendado, tabla 0>.

Norma !s'ndar ( Pies / "eg) ( Pies/Min) ( Pies / "eg) ( Pies/Min)

)*+, )A/( ,/G 66 - 3.960 100 - 6.000

.,.). - 2A 100 - 6.000 170 - 10.#00

A,A/ )A(A 98 - 5.880 147 - 8.8#0

/*A A/,SA 65 - 3.900 98 - 5.880

)*,* 8#"#5 - 4.935 1#8"75 - 7.7#5

Fluído * #a+or de !s$a+e


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/IURA 7. DIARAMA PARA DIMENSIONAR TUBERÍAS DE VAPOR

Pa#o 1! nmediatamente se deber leer el dimetro de la tubería, el cual se indica en las

líneas inclinadas. %i el punto de intersección se encuentra entre dos líneas de estas, se

deber tomar el dimetro inmediato superior.


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Pa#o +! 2osteriormente, se calcula la caída de presión empleando la figura 8.', para dicho

efecto, se entra al diagrama ubicando los valores de caudal de vapor y presión en la línea,

luego trazamos una línea que pase por estos valores hasta interceptar la línea pivote, luego

de esto, nuevamente trazamos una línea que intercepte la línea de pivote con el valor del

dimetro conocido paso 3 /.

Pa#o ! - partir de este punto de intercepción, leemos el valor de caída de presión por

cada 0(( ft de tubería.

Bay que indicar que los valores tabulados en el nomograma figura 8.' , son valores

derivados de la ecuación de 5arcy C03.(43.1

30(11.>

0((

43.0.

D

P d

m X P

vapor −

=∆ / , y l a

apro&imación del factor de fricción de 08.(0884.(

R /.


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/IURA 7., NOMORAMA PARA DETERMINAR CAÍDAS DE PRESION POR CADA 55

/t DE TUBERÍA 6UE CONDUCEN VAPOR SATURADO

Re8erenc$a( -*+%?*AF +-CBE GA*H%@?hree *ivers@+ichigan,7%-E9e"plo de apl$cac$)n de C!lc%lo del d$"en#$ona"$ento de T%&er'a# Pr$nc$pale# de

Vapor.


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Este ejemplo de dimensionamiento de tuberías que conducen vapor recalentado o vapor

de escape tiene por objetivo principal comparar el valor que se obtiene utilizando las

condiciones, ecuaciones y diagramas e&perimentales conocidos, con el valor del dimetro

de tubería que se encuentran instalados actualmente en esta compaía azucarera

2ara lo cual consideremos el diagrama de balance energ$tico ver plano 0 /, donde se

indica el consumo que tiene actualmente los equipos consumidores de vapor distribuidos

en esta planta.

Ca#o : ( D$"en#$ona"$ento de t%&er'a# -%e cond%cen vapor recalentado

2ara este anlisis consideremos las condiciones de trabajo de alimentación de vapor para

la turbina ubicada en la sección de ?andem de molinos I 0, la misma que desplaza a una

prensa de rodillos I 0, tambi$n denominado molino 0, sus parmetros de funcionamiento

son los siguientes!

Mol$no

2armetros de dimensionamiento!

Caudal de vapor! 8.>6( #bvapor ;hr

2resión del vapor al inicio del tramo 2 9 '(( 2sig 9 '06 2sia

?emperatura del vapor ?vapor 9 1>6 J :

,43 #bvapor ;hr


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%iguiendo el pa#o ,, tenemos lo siguiente!

=rea transversal interna de la tubería ec.8.' / 3,4'in'

7na vez determinada el rea transversal interna de la tubería, procedemos a determinar su

dimetro, ya sea utilizando la tabla 0>, o la ecuación 8.3, pa#o 1 / !

5imetro de la tubería %chedule 4( /! '@0;'K

Caída de presión ver ec. 2g. 0>8/@figura 8.'/! >,4> 2sig&0(( :t de tubería.

Ca#o : ,( D$"en#$ona"$ento de t%&er'a# -%e cond%cen vapor de E#cape

-hora para realizar este anlisis consideremos las condiciones que se tienen en la línea de

descarga de la turbina ubicado en la sección de ?andem de molinos I 0 , para lo cual sus

parmetros son los siguientes!

Mol$no

2armetros de dimensionamiento!

Caudal de vapor! 8.>6( #bvapor ;hr

2resión del vapor al inicio del tramo 2 9 '( 2sig 9 36 2sia

?emperatura del vapor ?9 '6.'4 J :


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5e la figura 8.0 se tiene!

5imetro de la tubería %chedule 1( /! 4K

.33( :t ;min

5e la figura 8.' o tambi$n se puede usar la ecuación que se tiene en el pa#o , por

lo que se tiene lo siguiente!

Caída de presión! (.04 2sig &0(( :t de tubería

7.,. U#o de So8t


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Entonces tenemos como resultado lo siguiente!

7tilizando el softLare tenemos!5imetro de tubería de 4=, con una caída de presión 5.*55/t de tubería

Este valor es similar al obtenido al usar los diagramas e&perimentales por lo que se

confirma que el uso de estas grficas y nomogramas resulta ser una herramienta

confiable para el dimensionamiento de tuberías.

7.1. D$"en#$ona"$ento de T%&er'a# de vapor para lo# d$8erente# e-%$po#.

7na vez comparado estos valores, a continuación mostrremos el cuadro de

dimensionamiento de tuberías general tanto para vapor recalentado como para vapor de

escape para cada equipo instalado en esta ndustria azucarera, donde se puede indica la

tubería que se encuentra instalada y la tubería que se recomienda, ver tabla 04 y tabla 0,

respectivamente !

TABLA 4

CUADRO DE DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍAS 6UE CONDUCEN VAPOR RECALENTADO


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, A,A A11 300 0"9#5 #00.000"00 #16.#16"## 1# 1# 1"05

2 A,A 210 300 0"950 1#5.000"00 131.578"95 10 10 1"0#

- A,A 9 300 0"965 90.000"00 93.#64"#5 8 8 1"60

. A,A 8 300 0"988 70.000"00 70.886"08 6 6 3"88

/ A,A ,7 300 0"988 70.000"00 70.886"08 6 6 3"88

0 A,A 6 300 0"988 70.000"00 70.886"08 6 6 3"88

1 A,A G5 300 0"988 70.000"00 70.886"08 6 6 3"88

/,A )/)A A,/(A / AAS (2/AS S,/ A,AS

300 0"95 46.0#7"60 48.450"11 6 5 4"40

3

/,A )/)A A,/(A /$,/(A* , (* /* ,A,* A11-$,/(A* , (*/* , A,* 9 (2*2*2A A,* 210

300 0"96 #3.188"4# #4.#81"07 6 3 4"99

,4/,A )/)A A,/(A/ A

(2*2*2A )*:*-(2*2*2A 1 300 0"95 10.357"03 10.90#"14 6 4 3"39

,, (2* 2*2A )*:* 300 0"96 4.178"#5 4.35#"34 4 3 0"65

,2 (2* 2*2A ; 1 300 0"95 5.657"60 5.955"37 4 3 1"1#

,- (2* 2*2A A,* 210 300 0"95 3.094"00 3.#56"84 4 # #"63

,.$,/(A* , (* /* A. A11

300 0"95 14.144"00 14.888"4# 6 4 1"48

,/$,/(A* , (* /* A.9

300 0"96 5.94#"40 6.190"00 4 3 1"##

,0/,A , $A)* ,(* ?,G* , ?,G* , ?,G* ,


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2/,A A,/(A*/ )/)A A(A/, , */*S ; #

300 0"95 116.7#5"06 1##.868"48 1# 10 1"18

23/,A A,/(A/ )/)A*/* #-3-4

300 0"98#5 49.410"13 50.#90"#1 6 5 4"94

-4 */* ; 1 300 0"96 10.789"17 11.#38"7# 4 3 3"60

-, */* ; # 300 0"98 11.357"97 11.589"77 4 3 3"94

-2 */* ; 3 300 0"983 11.501"48 11.706"34 4 3 4"04

-- */* ; 4 300 0"97 11.561"90 11.919"48 4 3 4"04

-.

/,A )/)A A,/(A/

*/* ; 1-,S2A*-1> #>?,G* , ?,G* , ?,G* ,


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. $,/(A* , (* /* A. 9 #0 5.94#"40 6 6 0"30

.0 (2* 2*2A )*:* #0 4.178"#5 6 5 0"40

.1 (2* 2*2A A,* 210 #0 3.094"00 4 5 0"#6

. (2* 2*2A )/)A ; 1 #0 5.657"60 3 6 0"#0

.3 $,/(A* , (* /* A. A11 #0 14.144"00 10 10 0"10

4 /,A )/)A , ,SAGA 1-# ?,G* ,


18/18

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10 /,A )/)A A,/(A*/ (A

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