CALDERAS-CURSO-COMPLETO-DE-VAPOR.pptx

M.Sc. Ing. Carlos Gordillo A.
U.C.S.M.
MANTENIMIENTO DE
CALDERAS

U.C.S.M.
UNIDAD I
EL VAPOR
PRINCIPIOS DE TRANSFORMACION

En las Instalaciones Industriales el
vapor de agua se destina a tres fines,
que en muchos casos pueden darse
simultáneamente:
• Como materia prima para el proceso.
• Como fuente de energía térmica en los
procesos, servicios o para confort.
• Como fuente de energía mecánica para
producir trabajo directamente o bien
como transformación previa a energía
eléctrica

¿ Cuáles son las razones del uso
preferente del agua sobre otros fluidos?
• La abundancia del agua
• Su reducido coste comparativo
• Sus buenas propiedades termodinámicas:
alto calor específico, alto calor latente en el
rango normal de temperaturas de utilización,
una conductividad térmica relativamente
elevada, una viscosidad relativamente baja,
su temperatura crítica es razonablemente
alta y permite su empleo en ciclos térmicos
con bajas exigencias relativas de energía
para la compresión o el bombeo.

¿ CUANDO SE DEBE CONSIDERAR
LA UTILIZACION DE OTRO FLUIDO
DISTINTO AL AGUA ?
a) Cuando la transmisión de calor es a
temperaturas menores o iguales a 0 ºC.
b) Temperaturas superiores a 374 ºC
(temperatura crítica).

¿Por qué se utiliza la palabra vapor?
En sentido estricto, los vapores tienen
unas características similares a los gases
cuando son secos y sobrecalentados, pero
normalmente están en una situación muy
cercana a la coexistencia de líquido y gas,
es decir, cerca de la condensación.
Por esa razón, se dice que un vapor es
tanto más gas cuanto más sobrecalentado
se encuentre (más cerca de la temperatura
y presión crítica).

¿Por qué se emplea el agua en fase vapor
en preferencia o en la fase líquida?
Hay varias razones, las más importantes
son:
Primero:
A igualdad de masa, temperatura y presión,
el contenido energético del vapor es
notablemente mayor al líquido.

Comparación de lo calores contenidos por
kilogramo de agua en fases líquida – vapor.
p (kgf/cm2
abs.)
T (ºC) Contenido
calorífico
(kcal/kg)
hfg
(kcal/kg)
Rel.
Calor
vapor-
líquido
Líquido Vapor
1 99,09 99,12 638,5 539,38 6,44
20 211,38 215,2 668,5 453,38 3,11
50 262,70 274,2 667,3 393,10 2,43
70 284,48 300,9 662,1 361,20 2,33
100 309,53 334,0 651,1 317,10 1,95
200 364,08 431,5 582,3 150,80 1,35
225,65 374,15 501,5 501,5 0 1

- El calor contenido por el vapor es
siempre superior al del líquido.
- La relación entre uno y otro varía con
la presión y la temperatura,
disminuyendo cuando aumentan hasta
unas condiciones denominadas críticas
(pc = 225,65 kg/cm2 y Tc = 374,15ºC)
aquí el contenido calorífico del líquido
y vapor se igualan.

• Segundo: La diferencia entre el calor
contenido en el vapor disminuye
cuando aumenta la temperatura.
Por eso conviene trabajar con vapor a
la menor presión posible, compatible
con las exigencias del proceso y con
los requisitos de presión y transporte
del vapor por la redes de distribución.

Tercero:
El vapor se autotransporta por su
propia presión. La base es que
consume parte de la energía aportada
por el combustible.
“El agente motor es la diferencia de
presión en la red.”
Un líquido es necesario aportar energía
mecánica mediante bombeo para
asegurar su circulación.

Cuarto:
En la mayoría de instalaciones se
requiere suministrar calor a los
procesos en diferentes condiciones de
presión y temperatura.
Esto es más fácil de realizar con el
vapor que con el líquido, ya que existe
una relación directa entre las
condiciones de saturación.

U.C.S.M.
EL USO DEL VAPOR

¿Qué es el vapor de agua?
• Vapor se obtiene al añadir calor al agua
líquida en un generador de vapor.
• Se necesita añadir suficiente energía para
que se eleve la temperatura del agua hasta
su punto de ebullición. Después de ello,
cualquier energía adicional transforma el
agua en vapor, sin variar su temperatura.
• Luego el vapor de agua es un medio para
transferir calor a un proceso en forma
eficiente y fácil de controlar.

1º La transferencia de calor empieza en la cámara de
combustión de la caldera, el calor fluye a través de la
pared de los tubos de la caldera hasta el agua.

• 2º La presión más alta
de la caldera empuja el
vapor hacia fuera de la
caldera, los tubos de
distribución se
calientan; entonces
calor fluye, a través de
la pared de los tubos,
hacia el aire a
temperatura menor
alrededor de la tubería.

• 3º La situación es diferente cuando el
calor llega a los intercambiadores de
calor del sistema; en este caso se
desea la transferencia de calor del
vapor hacia la carga.

U.C.S.M.
Superficie calefactora

DRENADO DEL CONDENSADO
¿POR QUÉ ES NECESARIO?

• El condensado se forma en el sistema
de distribución debido a la inevitable
pérdida de transferencia de calor.
• También se forma en equipos de
calentamiento y de proceso debido a la
transferencia de calor del vapor a la
sustancia que se desea calentar.

Una vez que el vapor se condensa
liberando su valioso calor latente, el
condensado caliente se debe remover
inmediatamente.
Este condensado todavía es agua
caliente con valor energético y se debe
regresar a la caldera, siendo el calor
disponible por kg. de condensado
relativamente poco comparado con el kg.
de vapor.

Necesidad de drenar el
condensado en el sistema de
distribución. (tuberías)

El condensado que se acumula en las
líneas de vapor puede ser la causa de
cierto tipo de golpe de ariete.
El vapor puede viajar a velocidades de
hasta 160 km/hr y tiende a producir
olas al pasar sobre el condensado.
Si se ha acumulado demasiado
condensado entonces el vapor a alta
velocidad lo estará empujando lo cual
produce un tapón de agua que crece al
empujar el líquido delante de él.

Cualquier componente que trate de
cambiar la dirección del flujo
(conexiones, válvulas reguladoras,
codos, bridas ciegas, etc. ) puede ser
destruido.
Asimismo, aparte del daño producido
por este “golpeteo hidráulico”, el
agua a alta velocidad puede causar
erosión significativa en las
conexiones y tuberías con superficies
metálicas.

Aumento progresivo de condensado hasta producir
el golpe de ariete.

Necesidad de drenar la unidad
de transferencia de calor

Cuando el vapor se encuentra con
condensado, que ha sido enfriado a
una temperatura menor que la del
vapor, se puede introducir otro tipo de
golpe de ariete que se conoce como
“choque térmico”. El vapor ocupa un
volumen mucho mayor que el
condensado, así que cuando el vapor
se condensa de forma repentina se
generan ondas de choque que viajan
por todo el sistema.

Esta forma de golpe de ariete puede
dañar el equipo, y básicamente indica
que el condensado no está siendo
drenado adecuadamente del sistema.

Por otro lado el condensado ocupa
espacio dentro de la unidad de
transferencia de calor, lo cual reduce el
tamaño físico y la capacidad de la
unidad.
Si el condensado se remueve
rápidamente, entonces la unidad estará
llena de vapor.
Al condensarse, el vapor forma una
capa de agua dentro de las superficies
del intercambiador de calor.

Los gases que no se condensan no fluyen
hacia fuera por gravedad, sino que se
acumulan dentro de la unidad y también
forman una capa delgada en las
superficies calefactores junto con
suciedad y el sarro.
Impedimento para una adecuada
transferencia de calor.

:
Aire hacia la superficie de transferencia de
calor al condensarse el vapor

Cuando el vapor entra en contacto con las
superficies metálicas más frías de la camisa,
entrega su entalpía de evaporación y se
condensa.
La condensación ocurre en forma de película
sobre la superficie metálica. Cuando la
película se hace más gruesa, el agua
comienza a correr hacia por las paredes.
Durante todo el transcurso del proceso, las
superficies metálicas están cubiertas de esta
película.

A medida que nos acercamos a la
acumulación de agua en el fondo de la
camisa, aumenta el espesor de la película
de agua sobre las paredes.
El agua posee una alta resistencia a la
transmisión de calor.

¡ Equivalencia comparativa !
¡ Una película de agua de 0,25 mm. de
espesor ofrece la misma resistencia al
paso del calor que una pared sólida de
25 mm. de fierro ó de 125 mm. de
espesor de cobre.!

Ejemplo:
Pman = 2bar ; Tsat = 134 ºC .
Calor latente de condensación = 2163,3 kJ/kg.
Entalpía como líquido saturado = 562,2 kJ/kg

En el punto “C”, el agua esta siendo
mantenida en el punto de ebullición por
estar en contacto directo con el vapor
( T=134ºC aprox.); pero en “D” será
aproximadamente 108ºC.
¿A qué se debe esto?

El punto “D” está más alejado de la
fuente de calor.
Mientras que la entalpía en “C” es de
562,2 kJ/kg en “D” es 455 kJ/kg.

Resultados a mitad del proceso:
• Temperatura de la
carga
• Temperatura del vapor
en “A”
• Temperatura del
condensado en “C”
• Temperatura del
condensado en “D”
66 ºC
134 ºC
134 ºC
108 ºC

* La transferencia de calor a través de la
superficie calefactora a una sustancia que
esta siendo calentada, aumenta en forma
directa con la diferencia de temperatura,
de ésta manera, la capacidad de
producción de un equipo dado es mayor
si el espacio se mantiene libre de
condensado.

VIDEO SOBRE MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE CALOR

• A medida que el producto se va calentando,
esta situación se agrava gradualmente ya
que la diferencia entre el condensado y la
carga se hace más pequeña.
• A parte de esto, si el drenaje de condensado
es muy lento, el nivel de agua en la camisa
se habrá incrementado, lo que significa que
una mayor área de la superficie calefactora
está siendo anulada por el agua.

Posibles reductores de la transferencia de
calor

Serpentín medio lleno de condensado no puede trabajar a
su máxima capacidad

CARGA INICIAL Y CARGA
DE REGIMEN

Durante la etapa inicial de la
operación, se produce la máxima
rapidez de transferencia de calor,
de manera que se usa la máxima
cantidad de vapor por minuto
formándose la máxima cantidad de
condensado (carga inicial).

• Las condiciones de régimen son
cuando la superficie calefactora ha
sido calentada, la diferencia de
temperatura entre el vapor y la
sustancia se reduce, la velocidad de
transmisión de calor también se reduce
y el ritmo de consumo de vapor
decrece al igual que el ritmo de
producción del condensado.

Cualquier cesión de calor del vapor en la
camisa que no conduzca a calentar la
sustancia es una perdida de calor.
Existen pérdidas de calor por radiación y
convección al aire fresco de los alrededores.
Cuando el producto o sustancia alcanzó su
temperatura, sé usa aproximadamente la
misma cantidad de vapor para calentar el
aire que rodea a la sustancia, que el utilizado
para mantener caliente el producto.

Esto se debe a que a medida que la
carga se va calentando, la diferencia de
temperaturas entre el vapor y la
sustancia se hace menor, de manera
que se cede menos calor.
Pero la diferencia de temperatura entre
el vapor y el aire exterior se mantiene
más o menos igual, de manera que la
transmisión de calor al final del proceso
será la misma que al principio.

Estas perdidas pueden ser
bastante grandes o bastante
pequeñas según como
funcione el sistema.

Pensemos en el siguiente Ejemplo:
En producción normal las pérdidas
permanentes de un proceso son iguales a 24
kg. de vapor /hr. Se necesitan 20 minutos
para tener lista una porción de dulce.
Significa que por porción de dulce las
pérdidas permanentes son iguales a 8 kg. de
vapor.
Suponiendo que debido a una inundación
parcial de la chaqueta de vapor, originada
por un drenaje lento de condensado, la
porción tome 30 minutos.

Entonces las perdidas permanentes
por porción serían 12 kg. lo que
significa que los 10 min. extras
requeridos para concluir la cocción,
nos cuesta 4 kg. adicionales de vapor

ENFOQUEMOS EL PROBLEMA
DESDE OTRO PUNTO DE VISTA

Supongamos que el tiempo de cocción es de
30 min. por cada partida de dulce; pero
debido a un perfeccionamiento constante en
mejorar el drenado del condensado podemos
reducir el tiempo a 20 min.
En este caso ahorramos 4 kg. de vapor por
partida; no parece mucho pero si imaginamos
que en una planta donde hay 20 pailas de
cocción y cada paila produce 30 partidas de
dulce por día, se tendrá 600 partidas diarias ;
el ahorro por esta reducción será de 2400 kg.
de vapor diarios.

En un año de 50 semanas de 5
días, el ahorro será de:
2400 * 5*50 = 600 000 kg. de vapor
(600 Ton) al año, con el
correspondiente ahorro de
combustible, solo mejorando el
drenaje del condensado, en tan
solo 2 kg. de vapor por paila y por
partida.

¿ QUE COSTO REPRESENTARIA
APROXIMADAMENTE AL AÑO ESTA
PERDIDA?
Ejemplo:
• Vapor saturado a 10 bar (a)
• Temperatura de saturación: 179,88 ºC
• Volumen específico del agua: 0,0011274 m3/kg
• Volumen específico como vapor: 0,1943 m3/kg
• Entalpía del líquido saturado (hf): 762,61 kJ/kg
• Entalpía del vapor saturado (hg): 2776,2 kJ/kg
• Calor latente de vaporización (hfg): 2013,6 kJ/kg

• Eficiencia térmica del caldero: nk = 85%
• Perdidas de calor por aislamiento
térmico (naisl) = 5%
• El contenido entálpico de 1 Ton de
vapor a 10 bar (a):
Q = hg*1000 kg/ton/nk*naisl
Q = 2776200 J/kg*1000/0,85*0,95
Q = 2,438.109J

Suponemos que utilizamos Diesel 2
cuyo PC es:
41 800 kJ/kg de combustible
¿ Cuánto de combustible es necesario
utilizar para producir una tonelada de
vapor?

Q = 2,438 GJ/Ton de vapor
mcomb= 2 438 000 kJ/ton de
vapor/41800 kJ/kg
mcomb = 58,33 kg/ton de vapor

Consideramos un precio de:
S/.10,00/gal
Densidad: 0,9 kg/litro
1 gal = 3,785 litros
m= 3,785*0,9= 3,4 kg
C = 2,94 S/./kg
Costo del vapor:
C = 58,33 kg de comb/ton de
vapor*2,94 S/./kg de comb.
C = 171,50 S/. US/ ton de vapor

En nuestro caso se puede
ahorrar:
A = 171,50 *600
A = 102 900 S/./ año
A = 35 483 $ US/ año
¡ SOLO POR MEJORAR EL SISTEMA
DE DRENADO EN 10 MINUTOS !

¿ Cómo se pueden reducir las
pérdidas de calor en el equipo
de calefacción con vapor?

a) Colocando aislamiento térmico sobre las
superficies, para disminuir la transferencia de
calor indeseable.
b) Podemos disminuir el tiempo durante el cual
se está produciendo la transmisión de calor
en el sentido indeseable, mejorando el
drenaje del condensado y de esta manera se
reducirá el tiempo de calentamiento,
disminuyendo las perdidas de calor

NECESIDAD DE REMOVER
EL AIRE Y EL CO2

Aire siempre está presente durante el
arranque del equipo y en el agua de
alimentación a la caldera.
Además, el agua de alimentación puede
tener disueltos ciertos carbonatos que
liberan dióxido de carbono.
La velocidad a que fluye el vapor empuja
estos gases hacia las paredes de los
intercambiadores de calor, lo que puede
provocar una disminución en el flujo de calor
complicando el drenaje del condensado ya
que estos gases deben de ser removidos del
sistema junto con el condensado.

Efecto del Aire en la
temperatura del vapor

Cuando el aire y otros gases se
introducen al sistema de vapor ocupan
parte del espacio que debería estar
ocupado únicamente por el vapor
disminuyendo la temperatura de la
mezcla aire- vapor con respecto a la del
vapor sin aire.

La siguiente tabla muestra la reducción de
temperatura causada por el aire a diferentes
presiones:
Presión Temp. Vapor
saturada
Temperatura del vapor mezclado con
varios porcentajes de aire en Vol.(ºC)
bar (ºC) 10% 20% 30%
2 120.2 116.7 113.0 110.0
4 143.6 140.0 135.5 131.1
6 158.8 154.5 150.3 145.1
8 170.4 165.9 161.3 155.9
10 179.9 175.4 170.4 165.0

Efecto del Aire en la
transferencia de calor

El vapor lleva consigo aire y otros gases
durante su flujo normal hacia el interior de
un intercambiador de calor.
Estos gases no condensables, debido a que
no se condensan y no se pueden drenar por
gravedad, forman una barrera entre el vapor
y las superficies del intercambiador de calor
disminuyendo fuertemente la transmisión del
calor.

RECUERDE:
El aire tiene excelentes
propiedades aislantes.

Si los gases no-condensables
(principalmente aire) se continúan
acumulando y no son removidos de la
unidad, poco a poco llenan el interior del
intercambiador de calor y eventualmente
bloquean completamente el flujo de
vapor; entonces se dice que la unidad
“está bloqueada por aire”.

Las causas principales para la formación
de sarro y para la corrosión son el
dióxido de carbono (CO2) y el oxígeno
(O2).

1º El CO2 ingresa al sistema en los carbonatos
disueltos en el agua de alimentación, y
cuando ésta se mezcla con el condensado
enfriado se crea ácido carbónico. Este ácido
es extremadamente corrosivo y puede
destruir las tuberías y los intercambiadores
de calor
2º El oxígeno entra al sistema como un gas
disuelto en el agua de alimentación.
El oxígeno hace aún mas grave el efecto del
ácido carbónico, incrementando la corrosión
y picando las superficies de hierro y acero.

El vapor generado en la caldera debe
ser conducido, a través de tuberías, a
los lugares en que es requerido su
calor.
- Tuberías troncales.
- Tuberías secundarias o ramales hacia
donde se encuentran los equipos.

Al abrir la válvula de paso de la caldera,
el vapor sale violentamente y se
desplaza por las tuberías,
produciéndose una transferencia de
calor desde el vapor, a través del aire
que rodea a la tubería (primera pérdida
de calor), por lo que se tiene que aislar
la tubería a fin de reducir esta pérdida
permanente.

La energía perdida está representada por
toda condensación del vapor que no sea
aprovechada por la carga.
Al llegar al equipo éste se condensa
cediendo su valioso calor latente de
condensación.
Se debe alimentar continuamente de vapor a
la línea para lo cual debemos quemar un
combustible y se debe introducir más agua a
la caldera, para compensar las
evaporaciones indeseadas y fugas.

Se tratará de suministrar el agua a la
caldera a la mayor temperatura posible
a fin de economizar el combustible a
ser quemado que lo lleve hasta su
punto de vaporización en la caldera.
El retorno del condensado constituye
un sistema clave del circuito.

U.C.S.M.
EL CONDENSADO

¿ QUÉ ES UNA TRAMPA DE VAPOR?
Es una válvula de drenaje automática
que debe captar la diferencia entre
vapor y condensado, operar bajo
presiones variables tanto en la entrada
como a la salida, con cambios de carga
de condensado, y también debe
eliminar gases no condensables sin
desperdiciar vapor.

La temperatura a la cual el condensado es
descargado por la trampa es importante para
mantener el manejo eficiente de la energía.
Mientras la mayoría de las aplicaciones
requiere que el condensado sea descargado a
una temperatura próxima a la del vapor,
utilizando únicamente el calor latente.

¿QUÉ DEBE HACER UNA
TRAMPA DE VAPOR?

El trabajo de una trampa de vapor es el de
sacar condensado, aire, CO2 del sistema
tan rápido como se empiece a acumular.
Asimismo, para una mayor eficiencia y
economía, una trampa debe también de
ofrecer:
- Perdida mínima de vapor.-
Los costos de combustible son muy
elevados.

- Larga vida y servicio seguro.-
El desgaste rápido de sus partes
resulta una trampa que no ofrece
servicio seguro.
Una trampa eficiente ofrece ahorro
de dinero al minimizar la
necesidad de pruebas,
reparaciones, limpieza, interrupción
de servicio o cualquier otro
requerimiento.

- Resistencia a la corrosión
Las partes importantes de una trampa
deben ser resistentes a la corrosión para
que no sufran los efectos dañinos de los
condensados cargados con ácidos con
oxígeno.
- Venteo de aire
El aire puede mezclarse con el vapor en
cualquier momento, y en especial al arranque
del equipo. El aire debe ser venteado para
tener una transferencia de calor eficiente y
para prevenir bloqueo en el sistema.

- Venteo del CO2
Mediante el venteo del CO2 a la temperatura
del vapor se evita la formación de ácido
carbónico. Por lo tanto la trampa de vapor
debe de operar a una temperatura igual, o
bastante cerca, a la temperatura del vapor,
ya que el CO2 se disuelve en el condensado
que ha enfriado a temperatura menor que la
del vapor.

- Funcionamiento con contrapresión
Presurización de las líneas de retorno puede
ocurrir por diseño o por mal funcionamiento.
Una trampa de vapor debe ser capaz de
funcionar aún cuando exista contrapresión
en su tubería de retorno.

• Libre de problemas de suciedad
Suciedad y basura siempre serán algo
que se encuentra en las trampas
debido a que se instalan en los niveles
bajos del sistema de vapor.
El condensado recoge la suciedad y el
sarro en las tuberías, y también
partículas sólidas pueden ser
acarreadas desde la caldera. Pese a la
presencia de filtros, siempre se
introducen partículas erosivas y por lo
tanto la trampa de vapor debe ser
capaz de funcionar ante la presencia de
suciedad.

Una trampa que ofrezca cualquier cosa
menor que todas estas características
deseadas, redundará en una eficiencia
menor del sistema y en un incremento
de sus costos. Cuando una trampa
ofrece todas las características
señaladas, el sistema puede lograr:

1.- Calentamiento rápido de las unidades de
transferencia de calor.
2.- Temperaturas máximas en las unidades
para una mejor transferencia de calor.
3.- Funcionamiento a capacidad máxima.
4.- Máximo ahorro energético.
5.- Reducción de la mano de obra por
unidad.
6.- Una vida de servicio larga, sin problemas
y de mínimo mantenimiento.

En resumen, las tres importantes funciones de
las trampas para vapor son:
Ser
capaces
de
desalojar
aire y
gases
No permitir
escape de
vapor.
Descargar
condensado.

TIPOS DE TRAMPAS DE VAPOR
Se pueden clasificar en 3 grupos
principales:
• Mecánico
• Termostático
• Termodinámico

Las trampas de todos los grupos son
capaces de detectar automáticamente
la diferencia entre el vapor y el
condensado; pero cada uno de ellos lo
realiza de manera distinta.

Realizan su tarea mecánicamente, usando la
diferencia de peso específico entre el vapor y el
condensado. Ellas abren frente al condensado y cierra
frente al vapor, por acción de un flotante.

Abren o cierran de acuerdo a la temperatura
dentro de sus cuerpos.
A cualquier presión dada, el vapor saturado
tiene una determinada temperatura fija pero
el condensado a la misma presión puede
enfriarse a una temperatura menor. Las
trampas de este tipo distinguen el vapor del
condensado debido a esta diferencia de
temperatura. La trampa es operada por un
elemento termostático que puede ser líquido
o metálico.

U.C.S.M.
Tipo de expansión metálica (tipo bimetálico)

Trampas de expansión bimetalicas

Para obtener una buena purga de las
instalaciones de vapor, tenemos que
estar seguros que el condensado puede
llegar fácilmente al punto donde se
encuentra instalada la trampa; de lo
contrario la purga no será satisfactoria.
En un sistema a la presión atmosférica, la
tubería deberá estar inclinada, el agua
circulará en la dirección a la caída. En los
puntos más bajos de la instalación debe
ser evacuada.

Cuando está sometida a presión mayor
que la atmosférica debemos instalar
cada salida de condensado a diferente
presión con una trampa, ya que de lo
contrario la línea a mayor presión
bloquearía la de menor presión.

Todos los equipos que forman parte de
las instalaciones de calentamiento por
vapor, y los accesorios tales como
unidades y baterías de calentamiento,
vienen provistos de un orificio
destinado a evacuar el condensado;
pero en el caso de las conducciones
principales y accesorios, se tiene que
preparar el orificio correspondiente.

Cualquier orificio que sea dejará salir el
condensado, pero si resulta pequeño,
el condensado no podrá evacuarse con
la rapidez necesaria.

DOS TUBOS DE PURGA
De tamaño
incorrecto
De tamaño
correcto

EXTRACCIÓN DE CONDENSADO EN
INTERCAMBIADORES DE PLACAS

EXTRACCIÓN DE CONDENSADO EN TANQUES DE
PROCESO

No puedes controlar aquello que
no puedes medir
Lord Kelvin

Al medir el vapor podemos mejorar:
EL CONTROL DE PROCESOS
LOS COSTOS Y LA FACTURACION
LA EFICIENCIA DE LA PLANTA
LA EFICIENCIA EN EL USO DE LA ENERGIA
VAPOR
ENERGIA
COMBUSTIBLES

Las trampas al ser dispositivos con
algo de complejidad necesitan
periódicamente atención; está
frecuencia de atención dependerá de la
protección que se adopte contra
materias extrañas, limaduras de
tubería, óxidos y cualquier otro tipo de
suciedad.
Cuando la instalación es nueva es
corriente que arrastre limaduras, arena
de fundición, pequeñas partículas de
embalaje, soldadura, etc.

Cuando la instalación tiene tiempo de
uso, habrá óxido, y a menudo
(particularmente en zonas de agua
dura) se irá formando incrustaciones
en la tubería, si la evacuación fuera
libre no habría problema alguno, pero
se realiza a través de la trampa y estas
partículas puede entorpecer su
funcionamiento y en ciertos casos
dejar inservible la trampa.

SE DEBE TENER PRESENTE QUE LA
SUCIEDAD QUE LLEGA A LAS
TRAMPAS ES UNA AMENAZA
CONSTANTE QUE EN CUALQUIER
MOMENTO PUEDE PRODUCIR
PERDIDAS DE VAPOR E INCLUSO LA
INUTILIZACION DE LA MISMA.

PARÁMETROS QUE
INTERVIENEN EN LA
SELECCIÓN DE TRAMPAS
DE VAPOR

La mayoría de trampas deben funcionar
perfectamente siempre que se tengan en
cuentan sus especificaciones en cuanto
a presión, capacidad de descarga de
condensados y limitaciones en su
trabajo. Pero no basta que la trampa
funcione, lo que se busca es obtener la
máxima eficiencia y rendimiento de la
instalación de vapor.

-¿ Cuál es la cantidad máxima y mínima de
condensado que hay que evacuar?
-¿ Cuál es la presión del vapor en el punto
de purga, a la entrada de la trampa.?
-¿ Existe contrapresión a la salida de la
trampa?
-¿ Se descarga el condensado a una
tubería de retorno que está bajo vacío
parcial?

-¿ Hay fluctuaciones en la cantidad de
condensado a descargar’?
-¿ La instalación de vapor está compuesta de
varias unidades de calentamiento por vapor?
-¿Puede presentarse el bloque por vapor?
-¿ Es previsible la presencia de aire?
-¿ La tubería de retorno del condensado está
más alta que el punto de purga?
-¿ Existen golpes de ariete en la línea de
suministro de vapor?

- ¿Hay peligro que el condensado
arrastre sustancias corrosivas?
- ¿Se instalará la trampa a la intemperie,
o en otra posición no expuesta?
- ¿ Se empleará vapor recalentado?
- ¿ Hay control termostático del
suministro de vapor?
- ¿ Hay vibraciones en la instalación en la
que hemos de colocar la trampa?

Conocimiento de las
cantidades y velocidades
del condensado

• Todos los fabricantes de equipos
suministran las cifras reales de
consumo de vapor de sus aparatos;
pero cuando no son estándares se debe
medir directamente la cantidad de
condensado que se produce el trabajo,
o bien haciendo cálculos
correspondientes.

Cálculo de la Carga de Condensado
Formulas de uso General
Para calentar agua con vapor
F
elevdeTemp
GPM
Hora
nsado
Lbsdeconde

 *
1
.
1
*
2

Para calentar aceite combustible (fuel oil)
con vapor
F
eratura
elevdeTemp
GPM
Hora
nsado
Lbsdeconde

 *
1
.
1
*
4
Para calentar aire con serpentines de vapor
F
eratura
elevdeTemp
PCM
Hora
nsado
Lbsdeconde

 *
800

Radiación de Vapor
4
)
(pies
EDR
Hora
nsado
Lbsdeconde

•GPM = Galones por minuto
•PCM = Pies cúbicos por minuto
•EDR = Emisión Difusión y Radiación
Térmica

Aplicaciones Especializadas
Esterilizadoras, Autoclaves y Retortas para
calentamiento de sólidos
t
L
T
Cp
W
Hora
nsado
Lbsdeconde
*
*
* 

•W = Peso del material, lbs
•Cp = Calor específico del material
•T= Aumento de temperatura del material
en °F
•L= Calor latente de vapor BTU/Lb
•t = tiempo en horas

Calentamiento de Líquidos en Marmitas encamisadas
y en Tanques calentados con vapor
t
L
T
Cp
g
s
G
Hora
nsado
Lbsdeconde
*
3
.
8
*
*
*
.
* 

•G = galones del líquido a calentar
•s.g = gravedad especifica del liquido
•Cp= Calor especifico del material
•T= Aumento de temperatura del material en °F
•t = tiempo en Horas

Secadores encamisados de vapor
L
T
Wi
Wf
Wi
Hora
nsado
Lbsdeconde )
*
(
)
(
*
1000 



•Wi= Peso inicial del material Lbs/hr
•Wf = Peso final del material Lbs/hr
•T= Aumento de temperatura del material en
°F

Intercambiadores de calor de líquidos, Calentadores
de aire, serpentines y radiadores
L
Tml
U
A
Hora
nsado
Lbsdeconde 

*
*
•A = Area de la superficie en pies2
•U = Coeficiente de transferencia de calor
BTU/pie*hr°F.
•Tml = Diferencia de temperatura media
logarítmica
•Tff = Temperatura del fluido frio
•Tfc = Temperatura del fluido caliente
•Tv = Temperatura de vapor

Nota: La carga de condensado empleada para
calentar el equipo deberá añadirse a la
cantidad de condensado que se utilizara para
calentar el producto. Para esto se usa la
misma formula
Tfc
Tv
Tff
Tv
Ln
Tfc
Tv
Tvf
Tv
Tml







)
(
)
(

TABLAS DE FORMACION DE
CONDENSADO DURANTE LA PUESTA
EN MARCHA Y REGIMEN

Diametro de la tuberia
Presion
de vapor
en PSI 2" 2 1/2" 3" 4" 5" 6" 8" 10" 12" 14" 16" 18" 20" 24"
Factor de
correccion
para 0ºF
0 6.2 9.7 12.8 18.2 24.6 32 48 68 90 107 140 176 207 208 1.5
5 6.9 11 14.4 20.4 27.7 36 48 77 101 120 157 198 233 324 1.44
10 7.5 11.8 15.5 22 29.9 39 58 83 109 130 169 213 251 350 1.41
20 8.4 13.4 17.5 24.9 33.8 44 66 93 124 146 191 241 284 396 1.37
40 9.9 15.8 20.6 29.3 39.7 52 78 110 145 172 225 284 334 465 1.32
60 11 17.5 22.9 32.6 44 57 86 122 162 192 250 316 372 518 1.29
80 12 19 24.9 35.3 48 62 93 132 175 208 271 342 403 561 1.27
100 12.8 20.3 26.6 37.8 51 67 100 142 188 222 290 366 431 600 1.26
125 13.7 21.7 28.4 40 55 71 107 152 200 238 310 391 461 642 1.25
150 14.5 23 30 43 58 75 113 160 212 251 328 414 487 679 1.24
CARGA DE CONDENSADO DURANTE LA PUESTA
EN MARCHA EN lb/hr DE VAPOR POR CADA 100
PIES DE TUBERÍA AISLADA

175 15.3 24.2 31.7 45 61 79 119 169 224 265 347 437 514 716 1.23
200 16 25.3 33.1 47 64 83 125 177 234 277 362 456 537 748 1.22
250 17.2 27.3 35.8 51 69 89 134 191 252 299 390 492 579 807 1.21
300 25 38.3 51 75 104 143 217 322 443 531 682 854 1045 1182 1.2
400 27.8 43 57 83 116 159 241 358 493 590 759 971 1163 1650 1.18
500 30.2 46 62 91 126 173 262 389 535 642 825 1033 1263 1793 1.17
600 32.7 50 67 98 136 187 284 421 579 694 893 1118 1367 1939 1.16
800 38 58 77 113 203 274 455 670 943 1133 1445 1835 2227 3227 1.156
1000 42 64 86 126 227 305 508 748 1052 1264 1613 2048 2485 3601 1.147
1200 47 72 96 140 253 340 566 833 1172 1407 1796 2280 2768 4010 1.14
1400 52 79 106 155 280 376 627 922 1298 1558 1988 2525 3064 4440 1.135
1600 57 87 117 171 309 415 692 1018 1432 1720 2195 2787 3383 4901 1.13
1750 62 94 126 184 333 448 746 1098 1545 1855 2367 3006 3648 5286 1.128
1800 63 97 129 189 341 459 765 1126 1584 1902 2427 3082 3741 5420 1.127

CARGA DE CONDENSADO EN LIBRAS POR HORA POR
CADA 100 PIES DE TUBERÍA AISLADA.
Tamaño de la tuberia
Presión
del vapor
psi 2" 2 1/2" 3" 4" 5" 6" 8" 10" 12" 14" 16" 18" 20" 24"
Factor de
corrección
para 0ºF.
10 6 7 9 11 13 16 20 24 29 32 36 39 44 53 1.58
30 8 9 11 14 17 20 26 32 38 42 48 51 57 68 1.5
60 10 12 14 18 24 27 33 41 49 54 62 67 74 89 1.45
100 12 15 18 22 28 33 41 51 61 67 77 83 93 111 1.41
125 13 16 20 24 30 36 45 56 66 73 84 90 101 121 1.39
175 16 19 23 26 33 38 53 66 78 86 98 107 119 142 1.38
250 18 22 27 34 42 50 62 77 92 101 116 126 140 168 1.36
300 20 25 30 37 46 54 68 85 101 111 126 138 154 184 1.35

400 23 28 34 43 53 63 80 99 118 130 148 162 180 216 1.33
500 27 33 39 49 61 73 91 114 135 148 170 185 206 246 1.32
600 30 37 44 55 68 82 103 128 152 167 191 208 232 277 1.31
800 36 44 53 69 85 101 131 164 194 214 244 274 305 365 1.3
1000 43 52 63 82 101 120 156 195 231 254 290 326 363 435 1.27
1200 51 62 75 97 119 142 185 230 274 301 343 386 430 515 1.26
1400 60 73 89 114 141 168 219 273 324 356 407 457 509 610 1.25
1600 70 85 103 132 163 195 253 315 375 412 470 528 588 704 1.22
1750 77 93 113 145 179 213 278 346 411 452 516 580 645 773 1.22
1800 79 96 117 150 185 221 288 358 425 467 534 600 667 800 1.21

La presión del vapor y su influencia en
la capacidad de las trampas

Para que una trampa pueda funcionar, es
imprescindible que la presión a la entrada
sea superior a la presión en la salida de la
misma.
Esta presión diferencial, influye en la
capacidad de la trampa; o sea en la cantidad
de condensado que puede evacuar en un
tiempo determinado.

• La capacidad de descarga está determinada
por:
- Directamente a la presión diferencial
- El tamaño del orificio de salida de la trampa
(que podrá o no ser el área de asiento de la
válvula)
- La temperatura del condensado.

Carga de condensado fluctuante

Diagrama de consumo de vapor con diferentes tipos
de régimen

Trampa de grupo y trampas
individuales

La denominación “Trampa de grupo” se
aplica a aquellas instalaciones en la
cuales los drenajes de varias unidades
de vapor son conectadas a una única
trampa.

Trampas grupales e individuales

La única posibilidad que pueda usarse
trampas grupales es si se cumple estas
condiciones:
• Arranque simultáneo de todas las
unidades
• Si todas las unidades contuvieran
exactamente la misma cantidad y
consistencia del material a ser
procesado.

• Si las superficies calefactoras de todas
las unidades estuviesen en
exactamente el mismo estado de
limpieza y suciedad.
• Si la temperatura que rodea a todas las
unidades fuese la misma. (mismas
corrientes de aire)
• Si la disposición de tuberías de drenaje
y las distancias desde los agujeros a la
trampa fueran iguales.

RECOMENDACIÓN IMPORTANTE:
Se debe hacer es colocar la trampa cerca
de la unidad a ser drenada, siempre que
ello sea posible.

Disposiciones de trampas para evitar el tapón de vapor

El aire llenará siempre la planta de
vapor cuando esté cortado y durante
todo el tiempo en que el vapor esté
conectado el aire y los gases que no
pueden condensarse seguirán
entrando en forma continua con el
vapor.

Detalles de trampas para el venteo de aire

Es importante retirar el aire de los
espacios de vapor por tres razones:
• El aire reducirá la temperatura del vapor
• El aire reducirá la rapidez de transferencia
de calor
• El aire interferirá con la distribución de
calor

Detalle del aire al ingresar a una camisa de vapor

Ubicación de trampas en diferentes aplicaciones
mostrando el venteo del aire.

ELEVACION DE
CONDENSADO A NIVELES
SUPERIORES BOMBAS
DE CONDENSADO

Generalmente, el condensado es
retornado a la sala de calderas para ser
usado nuevamente mediante uno de
los métodos siguientes:
- Retorno por gravedad, cuando la
trampa descarga en una tubería de
retorno ubicada en un nivel inferior y
que tiene una caída gradual hasta el
tanque de alimentación

- Elevación del condensado mediante
presión de vapor en la planta, hasta
una tubería de retorno superior que
tenga caída hasta el tanque de
alimentación.
- Elevación del condensado mediante
algún tipo de bomba hasta una tubería
de retorno superior que tenga caída
hasta el tanque de alimentación.
- Bombeo el condensado en todo su
retorno hasta el tanque de
alimentación.

BOMBAS PARA LA RECUPERACION DEL CONDENSADO

Estos golpes ocurren cuando el agua en
movimiento es detenida bruscamente por
obstáculo en su camino, parte de su energía
será transmitida al obstáculo. Si el agua está
dentro de una tubería:
a)Tensiones y vibraciones en tubería y
conexiones.
b)Ruido los golpes del ariete se deben
descubrir y anular en su origen.

El golpe de ariete se puede producir por
muchas causa que, muy a menudo se
encuentran lejos del lugar en que se hace
sentir su efecto.
Cuanto mayor sea la longitud
ininterrumpida de una tubería, mayor será
la velocidad que adquirirá el agua, mayor
resultara el impacto al ser detenida.
Las tuberías principales de vapor son mas
propensas a sufrir golpes de ariete.

Los golpes de ariete se deben descubrir y
anular en su origen. Si ello no fuera posible hay
que asegurarse que las trampas instaladas
sean del tipo que resistan dichos golpes.
Las trampas termostáticas de presión
equilibrada no son apropiadas, ya que el golpe
de ariete puede deteriorar el elemento
termostátito y dejar abierta la trampa.

Tubería adecuada para evitar golpe de ariete

• El flotador hueco de las trampas
flotantes también puede ser dañado
por el golpe de ariete. Tampoco son
adecuadas las trampas de balde
invertido, ya que los golpes de ariete
pueden romper el balde o torcerlo.
• Para tratar de eliminar los golpes de
ariete en su origen es preciso conocer
los puntos en que suelen producirse.

Algunas recomendaciones:
a.- No abrir las válvulas rápidamente, hacerlo
gradualmente, sino el vapor arremeterá al
condensado antes que pueda ser purgado
por las trampas.
b.- Limpiar mallas de los filtros.
c.- Selección adecuada de las trampas y
correcta instalación, verificándose que
funcionen correctamente.

d.- Dar la inclinación (1/2” por cada 10 pies de longitud)
adecuada en tramos rectos de considerable longitud.
e.- Purgar adecuadamente todos los puntos de la línea
principal de vapor donde se prevea la formación de
condensado. No basta contar con una trampa
adecuada sino que se deben instalar separadores o
trozos de tubería en “T” como receptores de
condensado.
Si se instalan filtros en la tubería principal para
proteger el equipo tal como válvulas reductoras, deben
ser colocadas en tramos horizontales; esto evitará que
se junte condensado en el cuerpo del filtro, para ser
recogido y acarreado por la masa de vapor

U.C.S.M.
INSTALACIÓN DE UN MEDIDOR DE
VAPOR
1.- Unidad de medición
2.- Transmisor de presión diferencial
3.- Computadora de caudal
4.- Separador de humedad.
5.- Válvula de interrupción.
6.- Filtro tipo “y”.
7.- Válvula de retención.
8.- Sensor de presión
9.- Sensor de temperatura
1
5
4
3
2
8
7
6 9

Sistema mostrando el alentamiento de un
líquido corrosivo.

DRENAJE DE EQUIPOS CALENTADOS CON
VAPOR Y CONTROLADOS
TERMOSTATICAMENTE.
Los radiadores para calentamiento de
aire y otros equipos intercambiadores
de calor en los que la presión de
suministro de vapor es modulada para
mantener una determinada
temperatura, deben siempre
permanecer libres de condensado.

Bajo condiciones de carga parcial, la
válvula de control, ya sea auto-
operada, neumática o de cualquier otro
tipo, reduce la presión hasta que se
elimina la presión diferencial que
necesita la trampa para descargar. El
sistema se anega y los
intercambiadores se llenan de
condensado.

El tipo de control de temperatura mostrado
en la Fig. se conoce como control Modulante
puesto que el suministro de vapor al
intercambiador es aumentado gradualmente
o reducido a medida que varía la temperatura
del agua secundaria.
Esto significa que la presión del vapor en el
serpentín calefactor puede variar
gradualmente desde la presión plena cuando
la válvula está totalmente abierta, a
prácticamente ninguna, cuando ella está
cerrada.

Sistema de calentamiento controlado
termostáticamente

Recomendación:
El tipo de trampa mas adecuado es
una de descarga continua del tipo
flotante con venteo de aire
incorporado.

TABLAS PARA LA
SELECCIÓN DE
TRAMPAS

¿ Porqué es importante el
vapor flash?

• El vapor Flash es importante
porque guarda calor o energía que
pueden ser aprovechadas para una
operación más económica de la
planta; de lo contrario esta energía
es desperdiciada.

Porcentaje de vapor flash que se forma cuando se
descarga condensado a una presión menor.

¿ Cómo se forma el vapor
flash?

Cuando la presión se reduce, una
cierta cantidad de calor sensible es
liberado. Este calor es entonces
absorbido en la forma de calor
latente, lo cual causa que una
cantidad de agua se convierta en
vapor flash.

kg. de revaporizado por kg. de
condensado

Sistemas de recuperación de revaporizado

BOMBA OPERADA POR PRESIÓN PARA
RECUPERACIÓN DE CONDENSADO

OPERACIÓN DE LA BOMBA (LLENADO)
1. Si hay suficiente
columna de
llenado, la bomba
se comienza a
llenar.
2. El llenado
permite al
flotador subir.
Válvula de
retención de
entrada
abierta
Válvula de
alivio abierta.
Válvula de
admisión
cerrada.
La contrapresión
mantiene la válvula
de retención de
salida cerrada.

OPERACIÓN DE LA BOMBA (DESCARGA)
1. La elevación del
flotador dispara el
mecanismo
cerrando la válvula
de alivio y abriendo
la de admisión.
Válvula de
admisión
abierta.
Válvula de
alivio
cerrada. 2. El cuerpo de la
bomba se presuriza y
la contrapresión es
rebasada.
Válvula de retención
de salida abierta
3. La bomba se
vacía.

DIMENSIONAMIENTO: PUNTOS A CONSIDERAR
Altura
Bomba
Elevación
Procesos
kg/h
Receptor
Vapor
motriz
Presión en la
tubería de
condensado

Extracción de
condensado
Para sistemas que presentan
condiciones de anegamiento

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