CAPITULO 5 VAPOR

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Presión




Temperatura




Transmisión de calor




Producción horaria de vapor




Título o calidad de vapor




Vapor húmedo, seco, sobrecalentado




Arrastre

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VAPOR Calor El agua es el fluido caloportador mas empleado como agente energético y térmico en los múltiples usos en la industria. Al entregarle calor, su temperatura aumenta y pasa del estado líquido al estado gaseoso obteniéndose vapor. La cantidad de calor se mide en kcal. y se define como: 1 kcal.: Cantidad de calor necesaria para elevar en 1 °C la temperatura de 1 Kg. de agua a presión atmosférica. Si el calentamiento se realiza en un recipiente a presión atmosférica (abierto) el agua comienza a hervir hasta evaporarse totalmente. Las etapas de calentamiento son 3: Calentamiento del líquido de 0 a 100 °C (punto de ebullición)

Etapas

Calor sensible

Calentamiento del líquido desde punto de ebullición hasta vaporización completa (vapor saturado seco)

Calor Latente

Calentamiento del vapor saturado aumentando su temperatura (vapor sobrecalentado)

Calor sensible del vapor sobrecalentado

El calor total del vapor saturado de 1 Kg. de agua a presión atmosférica (1 Kg./cm² absoluta) necesario, está dado por la suma de: Calor sensible Calor latente

100 kcal. 540 kcal.

Calor total

640 kcal

PRESION Cuando el calentamiento se realiza en un recipiente cerrado, el vapor queda acumulado y al expandirse ejerce presión dentro del recipiente y también sobre la superficie del agua. Ante cualquier cambio de presión, se suceden variaciones en los valores contenidos de calor. Presión menor a la atmosférica Presión atmosférica Presión mayor a la atmosférica FIMACO S.A.

(vacío)

Calor sensible Disminuye Calor sensible 100 ºC Calor sensible Aumenta Capítulo 5

Calor latente Aumenta Calor latente 540º C Calor latente Disminuye Página 2

En la siguiente tabla de vapor saturado, pueden tenerse para cada presión los valores de:

P. Abs.: P. Manom.: T.V.: C.S.: FIMACO S.A.

Presión absoluta Presión manométrica Temperatura vapor Calor sensible

kg./cm² kg./cm² °C kcal./kg. Capítulo 5

C.L.: Calor latente C.T.: Calor total V.E.: Volumen específico

kcal./kg. kcal./kg. m³/kg.

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TEMPERATURA El calor absorbido o cedido por un cuerpo puede ser la causa de la variación de su temperatura, pero esta por sí misma solo indica la medida del nivel térmico del cuerpo. El que varias sustancias distintas estén a la misma temperatura no significa que hayan recibido iguales cantidades de calor. Surge el concepto de CALOR ESPECIFICO (Ce) de las sustancias cuya definición es: Ce: Cantidad de calor suministrado a un Kg de sustancia para elevar su temperatura en 1ºC Para elevar la temperatura de masas iguales de distintas sustancias en el mismo número de grados se precisan distintas cantidades de vapor, y lo mismo sucede al elevar la temperatura de una misma sustancia en un mismo número de grados en distintas etapas. Por lo tanto el Calor Específico de una sustancia varía con la temperatura, por lo que es habitual hablar : de " Valor Medio del Calor Específico". Para el agua líquida de 0 a 100 ºC a presión constante es de aprox. 1 kcal/kg. ºC Para el vapor de agua el Ce varía con la presión y la temperatura, lo mismo que todos los gases. En lo sólidos la presión no afecta prácticamente a esta variación, lo cual no ocurre con la temperatura. En los gases podemos variar la temperatura sin que agreguemos o saquemos calor; basta con variar la presión a la que están sometidos.

TRANSMISIÓN DE CALOR

Conducción

Convección

Conducción es la propagación del calor en el interior de un cuerpo o entre cuerpos que están en contacto sin movimiento, por lo que definimos como conductividad térmica de un material a la capacidad para transmitir el calor a su través . El calor aplicado a un cuerpo en un punto aumenta la energía de las moléculas que entran en vibración y chocan entre ellas transmitiendo este movimiento a las contiguas y así sucesivamente. Convección es la transmisión que se realiza entre una pared sólida en contacto con un líquido ó un gas a distintas temperaturas. A medida que las partículas de los fluídos en contacto con una pared más caliente aumentan de temperatura, disminuyen su densidad y se elevan siendo reemplazadas por otras partículas frías que se vuelven a calentar, repitiendo así nuevamente el ciclo. Tipos de convección

Radiación

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Libre ó Natural

Forzada

Laminar

Turbulenta

Radiación es la forma de transmisión de calor que se realiza por ondas ó vibraciones electromagnéticas. Todos los cuerpos emiten y reciben radiaciones que pueden transmitirse a través del vacío, gas ó aire. El llamado cuerpo "negro" emite y recibe el máximo de emisividad "e" = 1 (máximo número teórico). Los espejos no emiten ni reciben radiación, por lo que su emisividad "e"= 0 Los cuerpos reales ó grises, emiten y reciben porcentajes variables según la característica de su superficie.

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PRODUCCION HORARIA DE VAPOR Una caldera es un recipiente cerrado que absorbe el calor de combustión y genera vapor a presiones superiores a la atmosférica, por los efectos de transmisión de calor que cede su superficie de calefacción al agua contenida. La superficie de Calefacción es el área medida del lado del fuego o gases calientes que está en contacto directo del otro lado con el agua a calentar.

Superficie radiante: en contacto con la llama (hogar). Tipos de superficie Superficie convectiva: en contacto los gases calientes (tubos). La superficie radiante

Es mas efectiva que la convectiva y tiene mayor transmisión de calor por estar en contacto con una temperatura mayor.

La carga térmica

Es la cantidad de calor que transmite por m2 de superficie de calefacción en kcal/h.m2 De una caldera es la capacidad de vapor que puede generar . partiendo de agua a 100 ºC y a presión atmosférica utilizando el término " a y desde 100 ºC". Este vapor es llamado Vapor Normal y tiene 540kcal/kg.

Producción de vapor

VAPOR

Propiedades y Características Fundamentales del Vapor

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Alto contenido de calor




Quemador de energía




Limpio, inodoro e insípido




Fácil control y distribución




Se puede acumular

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TITULO o CALIDAD DE VAPOR

Título de vapor

Vapor saturado húmedo

Vapor saturado seco

Vapor sobrecalentado

Es el porcentaje de vapor / agua a temperatura de ebullición. Por ejemplo: vapor con un título del 90% indica un 10% de agua en su contenido. Es el generado en contacto con el agua. Nos referimos a él al decir simplemente vapor. Es el vapor a temperatura de ebullición con un 100% de título de vapor, es decir que no contiene partículas de agua en suspensión. Es una calidad ideal de vapor. Al vapor saturado producido por una caldera se lo recircula por un intercambiador de calor sobreelevando la temperatura correspondiente a la presión de trabajo. Este vapor es utilizado solamente en sistemas donde además de mayor temperatura de intercambio se requiere un alto título de vapor para evitar condensaciones que dañen los equipos donde se usa.

Saturado Húmedo Vapor

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Con un porcentaje de agua.

Saturado Seco

100% seco a temperatura normal a su correspondiente presión.

Sobrecalentado

100% seco a temperatura superior a la que corresponde a su presión.

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ARRASTRES El vapor, al desprenderse del agua puede producir arrastres como consecuencia de fenómenos de adherencia por tensión superficial. Espumas Gotas de agua Arrastres Sólidos en suspensión Sustancias (sílices) disueltas en el vapor No se debe confundir título de vapor con pureza de vapor. Título Vapor:

Porcentaje de agua líquida

Pureza Vapor:

Se refiere a la cantidad de sólido, líquido o gas que lo contamina

Los arrastres son perjudiciales y se deben prevenir y corregir, aunque es imposible eliminarlos totalmente. En los mejores resultados se puede llegar 0,005 a 0,01 ppm (partes por millón) de arrastre total. Diseño de la caldera Causales de arrastres mecánicos

Cuerpos muy chicos. Escaso volumen de domo de vapor.

Equipos de preparación

Separadores defectuosos o insuficientes.

Variaciones de cargas

Cargas o picos de consumo de vapor excesivas o repentinos.

Alcalinidad muy alta Alta concentración de sólidos totales en suspensión o disueltos, como también espumas. Causales de arrastres químicos

Burbujas. Originan un arrastre de partículas por efecto de la diferencia de presión. Presencia de aceites y materiales orgánicos.

Todo tipo de arrastre, produce trastornos y perjuicios, sean de cualquier origen Las gotas de agua se condensan en las superficies de intercambio Vapor - Proceso, disminuyendo la transmisión de calor y producendo sobrecalentamiento en las paredes. Problemas que causan los arrastres

Los sólidos en suspensión y las espumas producen incrustaciones ó depósitos en las paredes de las superficies de intercambio y originan desgastes de fenómenos de erosión y corrosión. La silice fundamentalmente en procesos de alta presión, cuando es utilizada en turbinas, se adhiere a los álabes de ésta, produciendo desgastes, desequilibrios mecánicos y disminución de rendimiento.

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METODOS DE PREVENCION Y CORRECCION

Métodos de prevención y corrección

Cuando las presiones son bajas, se requiere un mayor espacio ó volumen para acumular el vapor, suficiente para alcanzar la pureza ó título deseado, aprovechando las diferentes densidades del agua y el vapor. Por lo contrario en altas presiones, la diferencia de densidades es más pequeña y es por demás negativo diseñar tambores o domos grandes.

Dispositivos mecánicos

Separadores de vapor

Separan arrastres, sólidos, etc. cambiando la dirección del flujo de vapor bruscamente.

Secadores o purificadores de vapor

Como un filtro, tiene placas estriadas por donde pasa el vapor cambiando constantemente de dirección.

Depuradores de vapor

Al igual que los desgasificadores, pero abierto, pulveriza el agua de relativa pureza diluyendo las impurezas. También se elimina la sílice. No siempre se aplica.

Pueden usarse distintas combinaciones de estos tres equipos siendo totalmente vital su mantenimiento para asegurar buenas condiciones de trabajo.

Métodos Químicos Como lo indicamos, la totalidad de sólidos disueltos, alcalinidad, silice, y aceites son los componentes químicos. La espuma es el arrastre más común debido a las condiciones del agua dentro de la caldera. Se corrige controlando la cantidad de sólidos y silice dentro de parámetros adecuados. También pueden agregarse antiespumantes que debilitan la capa de espuma. Estos son sustancias insolubles en agua, tensoactivas: éteres polimerizados, amidas y alcoholes que deben dispersarse bien en el agua.

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