NORMATIVA - GUIAS DE REFERENCIA

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Colector - Distribuidor de vapor En caso de producirse arrastre de agua, un equipo con separador y drenaje lo elimina.

Un colector - distribuidor en la sala de calderas facilita la alimentación de vapor a diferentes zonas de la planta y elimina arrastres de agua de caldera DSV1-SalaCaldera_603

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Colector - Distribuidor de vapor • ORDEN 6-10-1980 (BOE 4-11-1980) INSTRUCCIÓN

TÉCNICA COMPLEMENTARIA MIE-AP2 DEL REGLAMENTO DE APARATOS A PRESIÓN: TUBERÍAS PARA FLUIDOS RELATIVOS A CALDERAS. • Si dos o más calderas de vapor están conectadas a un

colector común, éste estará provisto del correspondiente sistema de purga de condensados, y aquéllos de una válvula de retención que impida el paso del vapor de una a otra caldera. • Los colectores de vapor y agua sobrecalentada en los que el producto de P (en kg./cm²) por V (en metros cúbicos) sea mayor que 5, serán sometidos a las prescripciones generales del Reglamento de Aparatos a Presión. DSV1-SalaCaldera_603

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Colector - Distribuidor de vapor • INSTRUCCIÓN TÉCNICA COMPLEMENTARIA ITC-MIE-AP1

CALDE-RAS, ECONOMIZADORES, PRECALENTADORES, SOBRECALENTA-DORES Y RECALENTADORES (O. 17-31982. BOE 8-4-1981) (O. 28-3-1985. BOE 13-4-1985). • Toda caldera de vapor saturado dispondrá de una

válvula que pueda interceptar el paso de salida del vapor. Si se trata de un grupo de caldera o recalentador que tengan un colector común, la tubería de salida de cada unidad estará provista además de una válvula de retención. Estas dos válvulas podrán ser sustituidas por una sola que realice simultáneamente ambas funciones de cierre y retención. DSV1-SalaCaldera_603

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Colector - Distribuidor de vapor • RECOMENDACIONES • Diámetro. El diámetro del colector de vapor se

debe calcular para una velocidad de vapor no superior a (5-10 m/s) bajo las condiciones de plena carga. La velocidad baja es importante ya que ayuda a que caiga la humedad arrastrada. • Salida de vapor. Éstas siempre deben partir de la parte

superior del colector de distribución. Así se asegura que sólo saldrá el vapor seco. La gravedad y la velocidad baja asegurarán que el condensado caiga al fondo colector. DSV1-SalaCaldera_603

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Colector - Distribuidor de vapor • Purga de vapor. Es importante que se desaloje el condensado del

colector tan pronto como se forme. Por esta razón un purgador mecánico, por ejemplo un purgador de boya será la mejor opción. Los colectores que se encuentran cerca de las calderas son susceptibles a los arrastres, por tanto se recomienda el uso de purgadores de boya para manejar las fluctuaciones en las cargas de condensado. Los TD con disco eliminador de aire ofrecen una buena alternativa. El purgador debe posicionarse para que pueda drenar por gravedad. Esto asegurará que se ha drenado el colector en la puesta en marcha cuando la proporción condensación es máxima y la presión es mínima. El colector deberá tener una pequeña inclinación hacia el extremo donde se encuentra el pozo. En los colectores de más de 5 m, será conveniente colocar un pozo de goteo en cada extremo. Se estima un caudal de drenaje del 15% bajo las condiciones de plena carga. DSV1-SalaCaldera_603

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Colector - Distribuidor de vapor • Eliminación de aire. Con la entrada de vapor por la

parte superior del colector, en la puesta en marcha, el aire tenderá a ser empujado al fondo y se debe eliminar por la parte inferior. Normalmente, se usará un purgador con una alta capacidad de eliminación de aire como un purgador de boya. Sin embargo, para asegurar que elimina completamente el aire durante las condiciones de trabajo, se puede colocar un eliminador de aire en la parte superior del colector (en el punto opuesto a la entrada del vapor).

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Colector - Distribuidor de vapor

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Distribución del vapor Vapor alta presión Vapor de caldera Separador

Eliminador Aire

Estación reductora presión

Distribuidor vapor

Sistema de purga

La distribución a alta presión tiene las siguientes ventajas: Tubería de vapor mas pequeña con menor coste y pérdida de calor En procesos con presión baja, la reducción mejora la calidad del vapor La caldera tiene mayor rendimiento trabajando con presión alta. ISV1-VaGeDis_604

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Dimensionado de tuberías

+ Coste + Pérdidas calor + Condensado

Sobredimensionada

+ Velocidad + Caída de presión + Erosión.

Subdimensionada

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Dimensionado de tuberías • 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. • Todas las tuberías que vayan por el piso deberán colocarse en

canales cubiertos por materiales no combustibles. • Las instalaciones de tuberías deben ser perfectamente accesibles para permitir la inspección de las mismas cuando se estime que pudiera haber deterioro por el uso, así como para el recambio de piezas, la lubricación de piezas móviles, etc. • Queda prohibida la instalación de conducciones de fluidos calientes próximas a tuberías de productos combustibles con excepción de las tuberías de calefacción por acompañamiento de productos petrolíferos pesados. • Quedan prohibidas las reducciones bruscas de sección. ISV1-VaGeDis_604

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Dimensionado de tuberías • Toda tubería que trabaje con fluidos calientes estará diseñada

para soportar sus dilataciones mediante la colocación de los apropiados sistemas de compensación. • Se utilizará tubería de acero u otro material adecuado, según normas UNE u otra norma internacionalmente reconocida, y cuyas características de presión y temperatura de servicio sean como mínimo las de diseño. • Para el cálculo de las redes de tuberías se tomará como temperatura de diseño la máxima del fluido a transportar y como presión la máxima total en la instalación, que en caso vapor será igual a la presión de tarado de las válvulas de seguridad instaladas en la caldera, o en el equipo reductor de presión si existiese. • En los lugares que pudieran existir vibraciones, esfuerzos mecánicos o sea necesario para el mantenimiento del aparato, podrán utilizarse tuberías flexibles con protección metálica, previa certificación de sus características.

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Dimensionado de tuberías • Las válvulas y accesorios de la instalación serán de materiales

adecuados a la temperatura y presión de diseño, características que deben ser garantizadas por el fabricante o proveedor.

Rango de operación (PN25)

En la información de las válvulas hay tablas que relacionan la presión y temperatura en función de las condiciones de diseño del material. ISV1-VaGeDis_604

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Dimensionado de tuberías Rango de operación (PN16)

En la información de los purgadores hay tablas que relacionan la presión y temperatura en función de las condiciones de diseño del material. ISV1-VaGeDis_604

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Dimensionado de tuberías • Las juntas utilizadas deberán ser de materiales resistentes a la

acción del agua y vapor, así como resistir la temperatura de servicio sin modificación alguna. • La tubería tendrá un diámetro tal que las velocidades máximas de circulación serán las siguientes: • Vapor saturado: 50 m/seg. • Vapor recalentado y sobrecalentado: 60 m/seg. • La instalación de tuberías y accesorios para vapor, agua

sobrecalentada y caliente, estará de acuerdo con la norma UNE u otra norma internacionalmente reconocida. • Las tuberías podrán ser aéreas y subterráneas, pero en todos los casos deberán ser accesibles, por lo que las subterráneas serán colocadas en canales cubiertos, o en túneles de servicios. • Con el fin de eliminar al mínimo las pérdidas caloríficas, todas las tuberías deberán estar convenientemente aisladas, según Decreto 1490/1975. ISV1-VaGeDis_604

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Dimensionado de tuberías • Para evitar que los esfuerzos de dilatación graviten sobre otros

aparatos, tales como calderas, bombas o aparatos consumidores, deberán preverse los correspondientes puntos fijos en las tuberías con el fin de descargar totalmente de solicitaciones a aquéllos. • En todos los casos los equipos consumidores, válvulas automáticas

de regulación u otros análogos, deberán ser seccionables de la instalación con el fin de facilitar las operaciones de mantenimiento y reparación. • Todo sistema de purga de condensados conectado a tubería de

retorno común estará provisto de una válvula de seccionamiento. • En las instalaciones de vapor se evitarán las bolsas, pero en caso

de existir, deberán instalarse los correspondientes sistemas de purgas en el punto más bajo de las mismas.

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¿Cómo elegimos el tamaño? • Considerando:

Velocidad y Caída de presión • La velocidad del vapor no debe sobrepasar: En líneas principales 25 a 35 m/seg En derivaciones 20 a 25 m/seg • La caída de presión no debe superar un determinado valor, para asegurar que el vapor llega a los puntos de consumo con la presión necesaria P2

P1 Caudal vapor

L ISV1-VaGeDis_604

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Presión del vapor y volumen específico • En el dimensionado de las tuberías de

vapor se tiene que tener en cuenta que el volumen específico aumenta cuando disminuye la presión.

1.8 1.6 Volumen específico m3/kg

1.4 1.2 1

2 bar 0,60 m3/kg

5 bar 0,31 m3/kg

0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

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1

2

3

4

5

6 7 8 Presión (bar r)

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9

10

11

12

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Ejemplo de dimensionado de tuberías

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Ejemplo de dimensionado de tuberías

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Ejemplo de dimensionado de tuberías

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Ejemplo de dimensionado de tuberías

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Ejemplo de dimensionado de tuberías 240 m + 25% (accesorios) = 300 m (longitud equivalente de tubería)

Batería calefactora 4 bar r (mín.) 950 kg/h.

Caldera 7 bar 1000 kg/h

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Ejemplo de dimensionado de tuberías • Vapor Saturado

(1000 kg/h, 7 bar r, 300 m)

Diámetro Velocidad Pérdida carga Pérdida carga total mm. m/seg. bar / 100 m bar

2” 2.1/2”

30 22

1,15 0,45

3,45 1,35

La tubería de 2” cumple con la condición de máxima velocidad, pero el vapor llegará al proceso con una presión inferior a la requerida Debe seleccionarse el tamaño 2.1/2” (DN65).

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Golpe de ariete. Condensado

Debe evitarse el pandeo en las tuberías de vapor

Bolsa de condensado

En el recorrido del vapor la transmisión de calor al exterior produce condensado. La acumulación de condensado en puntos bajos de la tubería provoca vibraciones, ruidos y roturas causados por golpe de ariete ISV1-VaGeDis_604

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Inclinación y drenaje de tuberías Flujo vapor

Inclinación 1m. cada 250 m. de recorrido

Elevación 40 - 50m Puntos de drenaje

• Las tuberías de vapor deben drenarse en :

Puntos bajos y cambios de sentido Tramos rectos (cada 50 metros máximo) Finales de línea. ISV1-VaGeDis_604

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Puntos de drenaje Sección Vapor

Correcto Conjunto purgador

Pozo de goteo

Sección Vapor

Condensado

Incorrecto. ISV1-VaGeDis_604

Conjunto purgador

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Drenaje de tuberías de vapor. • Esquema de instalación de un pozo de goteo

con sistema de drenaje, en tuberías de vapor

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Drenaje de tuberías de vapor. • Esquema de instalación de drenaje de

condensado y aire en un final de tubería

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Pozos de goteo • Para facilitar la descarga de condensado deben

instalarse pozos de goteo con unas dimensiones mínimas indicadas a continuación:

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Vapor seco en procesos Un método eficaz de obtener vapor seco en la alimentación de un proceso es la instalación de un separador con sistema de drenaje.

Vapor

Condensado

Válvula retención Purgador Detector fugas Filtro Válvula interrupción ISV1-VaGeDis_604

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Dimensionado Separadores

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Eliminación de aire. Eliminador termostático de aire

Final línea de vapor Vapor

Aire

Purgador termodinámico Condensado ISV1-VaGeDis_604

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Reducción en líneas de vapor Correcto Reducción excéntrica Vapor

Condensado

Incorrecto Reducción concéntrica Vapor Acumulación de condensado ISV1-VaGeDis_604

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Filtros en alimentación de vapor Válvula control Filtro Vapor

• Los filtros en las líneas de vapor, pueden ser una fuente

de problemas por golpes de ariete. Para evitarlos deben montarse con la cesta en posición horizontal. ISV1-VaGeDis_604

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Conexión de las derivaciones • La conexión de una derivación por

la parte alta de la tubería principal asegura un vapor más seco en el proceso.

Vapor

Vapor

Condensado

Condensado Correcto

Incorrecto ISV1-VaGeDis_604

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Drenaje de una derivación • Tubería principal Vapor

Válvula de control •

Conjunto drenaje

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El condensado se acumula delante de la válvula cerrada y se introducirá con el vapor cuando abra Es conveniente el drenaje en el punto bajo de la derivación.

Dilatación de tuberías • Las tuberías se instalan a temperatura

ambiente • Cuando se pone en marcha la instalación y aumenta la temperatura, se dilatan aumentando su longitud • Esto creará tensiones que pueden provocar deformaciones, pandeos o roturas • En algunos casos las tuberías tienen flexibilidad natural, según longitud y curvas. En otros casos deben incorporar elementos que compensen estas dilataciones. DSV1-SalaCaldera_603

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Compensación de dilataciones

Lira

• Se suele utilizar cuando se dispone de espacio • Debe montarse horizontal, en el mismo plano que la

tubería, para evitar puntos de acumulación de condensado. ISV1-VaGeDis_604

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Compensación de dilataciones Lira vertical Cuando la lira se monta en vertical debe drenarse el tramo anterior para evitar golpes de ariete por acumulación de condensado Drenaje condensado (faltan válvulas).

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Compensación de dilataciones Fuelle

• Se intercalan en la tubería ocupando poco espacio • Deben estar perfectamente alineados con la tubería

y esta tiene que estar bien anclada y guiada para que las fuerzas laterales no las soporte el fuelle. ISV1-VaGeDis_604

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Cálculo de dilataciones

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Cálculo de dilataciones

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Cálculo de dilataciones • Puede hacerse mediante la fórmula:

Dilatación (mm) = L × ∆T × S

L:

Longitud de tubería entre anclajes (m)

∆T : Diferencia de temperatura (ºC) S : Coeficiente dilatación (mm/mºC) × 10-3 • Coeficientes de dilatación:

Material Acero suave 0,1-0,2 % C Acero aleado 1% Cr 0,5% Mo Acero inoxidable 18% Cr 8% Ni

Rango de temperatura ºC 0 -100 100 - 200 200 - 300 14,0 14,4 20,0

15,0 15,1 20,9

15,6 15,8 21,2

• Ejemplo:

Calcular la dilatación de 50 metros de tubería al pasar de temperatura ambiente (10 ºC) a la temperatura del vapor a 8 bar r (175 ºC) L= 50 m ∆T = 175 − 10 = 165 ºC S= 15 × 10-3 mm/m ºC Dilatación = 50 × 165 × 15 × 10-3 = 124 mm DSV1-SalaCaldera_603

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Cálculo de dilataciones

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Cálculo de dilataciones

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Cálculo de dilataciones

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Cálculo de soportes

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Aislamiento térmico de tuberías Pérdidas de calor

Vapor

Aislamiento

Tubería

Condensado

• La pérdida de calor en tuberías, depende de la

temperatura del vapor, la temperatura ambiente y la eficacia del sistema aislante. • La mayoría de los materiales aislantes se basan en diminutas células de aire, dispuestas en una base de material como lana mineral o fibra de vidrio, protegido con chapa de aluminio. ISV1-VaGeDis_604

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Aislamiento térmico de tuberías Pérdidas de calor

Vapor

Aislamiento

Tubería

Condensado

• Es importante que el material aislante no quede aplastado

o pueda inundarse de agua. Las pérdidas de calor con aislante saturado de agua, pueden ser 50 veces mayores que las pérdidas de la misma tubería al aire • Es conveniente también aislar elementos del sistema: bridas, válvulas, separadores y otros accesorios. Para algunos existen fundas aislantes prefabricadas, provistas de cierres que permiten ser desmontadas con facilidad • También es necesario aislar por seguridad. ISV1-VaGeDis_604

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Aislamiento térmico de tuberías

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Pérdidas energéticas en tuberías de vapor Presión 8 bar

Presión 12 bar

Tamaño tubería

Sin aislamiento €/metro x mes

Con aislamiento (eficacia 80%) €/metro x mes

Sin aislamiento €/metro x mes

Con aislamiento (eficacia 80%) €/metro x mes

3/4"

2,88

0,57

3,33

0,66

1"

3,51

0,70

4,12

0,82

1.1/4"

4,31

0,86

5,01

1,01

1.1/2"

4,83

0,96

5,47

1,09

2"

5,93

1,18

6,86

1,37

2.1/2"

7,01

1,40

8,18

1,63

3"

8,32

1,66

9,69

1,94

4"

10,67

2,13

12,19

2,43

Se ha considerado un coste de energía de 0,021 €/kWh y un funcionamiento de 6.000 horas/año Ejemplo: En 100 metros de tubería de 4” (DN100) con presión 12 bar, el aislamiento supone un ahorro anual de 11.700 euros. ISV1-VaGeDis_604

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