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