Fundamentos vapor

Fundamentos sobre vapor

M.C. E ING. JOSE LUCIANO SAUCEDO SILVA ENERO-2018

Vapor Es un estado intermedio entre el estado líquido y el estado gaseoso.

Fácilmente puede cambiar regresar al estado líquido al bajar su temperatura o aumentar su presión.

Termodinámica  Un caballo caldera equivale a:

 15.65 kg/hr (desde y hasta 100°C)  8,435 kcal por hora

Termodinámica  100 Caballos Caldera equivalen a:

 1,565 kg/hr (desde y hasta 100°C)  843,500 kcal por hora

Vapor saturado seco  100% vapor  Fracción seca 1.0  Solo existe en el papel, pues en cuanto sale de la caldera empieza a condensarse

Vapor saturado húmedo  Menos del 100% de vapor saturado  El resto es líquido saturado (a la misma temperatura que el vapor)  Una fracción de 0.85 significa: – 85% masa de vapor saturado seco – 15% masa de líquido saturado

La generaciรณn de vapor a presiรณn

Presiรณn 1 bar m

La pesa genera la presiรณn del sistema

120ยบC

Contenido de calor en el vapor saturado seco Temperatura Lsat

184°C

Lsat

100°C

Lsat + Vsat

Lsat + Vsat

Vsat

Vsat

10 barm

0 barm

0°C hfg

hf hf

hfg

Energía

Tablas de vapor Presión (bar m)

Temperatura Entalpía específica (°C) hf (kJ/kg) hfg(kJ/kg) hg(kJ/kg)

Vol. esp. (m3/kg)

0.0

100.00

419.0

2257.0

2676

1.673

1.0

120.42

505.6

2201.1

2706.7

0.881

2.0

133.69

562.2

2163.3

2725.5

0.603

5.0

158.92

670.9

2086.0

2756.9

0.315

10.0

184.13

781.6

2000.1

2781.7

0.177

15.0

201.45

859.0

1935.0

2794.0

0.124

21.0

217.35

931.3

1870.1

2801.4

0.0906

Tablas de vapor La entalpía de vaporización o calor de vaporización es la cantidad de energía necesaria para que la unidad de masa (kilogramo, mol, etc.) de una sustancia que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a una presión de una atmósfera pase completamente del estado líquido al estado gaseoso. Se representa por Ʌ H vap, por ser una entalpía. El valor disminuye a temperaturas crecientes, lentamente cuando se está lejos del punto crítico, más rápidamente al acercarse, y por encima de la temperatura crítica las fases de líquido y vapor ya no coexisten.

Generalmente se determina en el punto de ebullición de la sustancia y se corrige para tabular el valor en condiciones normales.

Diagrama presi처n / temperatura 째C 220

Temperatura en 째C

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 bar m

Presi처n en bar m

¿Qué sucede en una válvula reductora de presión?

P = 9 barm T = 180 °C hg = 2 778.1 kJ/kg

¿Pérdida de 14.6 kJ/kg?

P = 6 barm T = 165 °C hg = 2 763.5 kJ/kg

Tablas de vapor Presión (bar m)

Temperatura Entalpía específica (°C) hf (kJ/kg) hfg(kJ/kg) hg(kJ/kg)

Vol. esp. (m3/kg)

0.0

100.00

419.0

2257.0

2676

1.673

1.0

120.42

505.6

2201.1

2706.7

0.881

2.0

133.69

562.2

2163.3

2725.5

0.603

5.0

158.92

670.9

2086.0 2756.9

0.315

10.0

184.13

781.6

2000.1

2781.7

0.177

15.0

201.45

859.0

1935.0

2794.0

0.124

21.0

217.35

931.3

1870.1

2801.4

0.0906

Diagrama volumen / presiรณn m3/kg 2.2

Volumen en m3/kg

2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 bar m

Presiรณn en bar m

¿Qué sucede en una trampa para vapor?

P = 4 barm T = 152 °C hf = 640.7 kJ/kg

P = 0 barm T = 100 °C hg = 419 kJ/kg

Vapor flash

Revaporizado o vapor “flash�

%flash =

hf (alta pres) - hf (baja pres) hf g(baja pres)

x 100

Presión en trampas barm

Curva de vapor flash Presión de vapor flash barm 2.5 2 1.5

15

1

0.5

0

14 13 12 11 10 9 8 7

Presión

6 5 4 4 3 2 1 0

atmosférica

0

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 kg vapor flash/kg condensado

10 %

Las tablas de vapor graficadas 3000

Energía total del vapor

Entalpía (kJ/kg)

2500

Entalpía de evaporación 2000

1500 1000

Energía en condensado

Energía disponible en vapor flash

500

Energía en el condensado a presión atmosférica 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Presión (Bar g)

9

10

11

12

13

14

Vapor recalentado  Es vapor saturado generado en la caldera que es nuevamente expuesto a los gases de combustión, ganando temperatura sin aumento de presión (gana calor sensible).

– Su ganancia de energía es pequeña comparada con la energía del vapor saturado.

– Tiene bajo desempeño en transferencia de calor (se comporta como gas).

Ejemplo sobre vapor recalentado    

Vapor recalentado a 6 barm y 175°C. El vapor saturado a esta presión tiene 165°C Cp del vapor recalentado es de 1.186 kJ/kg°C. El calor extra por recalentamiento es: 1.186xDT = 1.186x(10°C) = 11.86 kJ/kg

 El calor que cede el vapor saturado a la presión de 6 barm es 2 066 kJ/kg

El ciclo del vapor - lo ideal DISTRIBUCIÓN

GENERACIÓN DE VAPOR

USUARIO FINAL

RETORNO DEL CONDENSADO

El ciclo del vapor - lo real Pérdida en distribución 5%

Pérdidas en combustión 18 %

GENERACIÓN DE VAPOR

kcal – kilocaloría

Condensado no recuperado RETORNO DEL CONDENSADO

Agua de reposición

USUARIO FINAL ENERGIA UTIL 74 %

Purga de fondo de caldera 3%

DISTRIBUCIÓN

R E V A P O R I Z A D O 10 %

Caldera a gas natural 63.3 To 75.8 %

Planta

100 % del combustible Cuarto de calderas

Energía útil

0.5 To 4.0 %

Fugas de vapor Trampeado deficiente Radiación en válvulas y tubería

0.2 %

Radiación tanque de condensados

1.2 %

Calentamiento aire de combustión

Up To 10 %

0.3 %

Condensado no retornado

0.2 %

Calentamiento agua de repues

1.3 %

Purgas de la caldera

2%

Pérdidas por radiación

Caldera

17.5 %

Pérdidas por chimenea 24