VAPOR

QUE ES EL VAPOR?

VAPOR: ESTADO GASEOSO DEL AGUA.

ES INVISIBLE A CUALQUIER PRESIÓN, NO TIENE SABOR NI OLOR

ESTO NO ES VAPOR

PARA QUE SE USA EL VAPOR

EL VAPOR ES USADO PARA TRANFERIR GRANDES CANTIDADES DE ENERGÍA CALORIFICA

DE UNA MANERA PRÁCTICA Y ECONÓMICA

PORQUE EL VAPOR ?

• COMO DIJIMOS ANTERIORMENTE , EL VAPOR ES UN MEDIO EFICIENTE PARA TRANSFERIR ENERGIA YA QUE TIENE UN ALTO CONTENIDO DE ESTA

• EL VAPOR ES FACIL DE DISTRIBUIR Y CONTROLAR.

• SE PRODUCE A PARTIR DEL AGUA LA CUAL ES TODAVIA ABUNDANTE RELATIVAMENTE EN NUESTRO PLANETA.

• SE TIENE AMPLIO CONOCIMIENTO TANTO DEL VAPOR COMO DE SUS CARACTERISTICAS.

• SE HAN DESARROLLADO EQUIPOS PARA SU GENERACIÓN DE DIVERSOS TIPOS DE ACUERDO A LAS NECESIDADES DE USO.

COMO SE CREA EL VAPOR

• EL VAPOR SE CREA AÑADIENDO ENERGÍA EN FORMA DE CALOR AL AGUA.

• EL CALOR SE EXPRESA EN UNIDADES DE KJ O BTU.

• 4.19 KJ ES LA CANTIDAD DE ENERGÍA NECESARIA PARA ELEVAR 1°C LA TEMPERATURA DE 1Kg DE AGUA

FORMAS DE ENERGÍA PARA CREAR EL VAPOR

LA ENERGÍA REQUERIDA PARA LA GENERACIÓN DE VAPOR TIENE 2 FORMAS

CALOR SENSIBLE [ Hf ]

CALOR LATENTE [ Hfg ]

CALOR SENSIBLE O ENTALPÍA DE LÍQUIDO

EL CALOR SENSIBLE [ Hf ] ES LA CANTIDAD DE ENERGÍA REQUERIDA PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DEL AGUA DE 0°C A SU TEMPERATURA ACTUAL. LA ENERGIA PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DE 0°C A LA TEMPERATURA AMBIENTE, LA PROPORCIONA EL MEDIO EN QUE NOS ENCONTRAMOS.

LA ENERGÍA QUE SE UTILIZA PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DESDE LA TEMPERATURA AMBIENTE HASTA LOS 100°C LA CUAL PROPORCIONAMOS MEDIANTE UN ENERGETICO.

ESTAS DOS ENERGÍAS FORMAN EL CALOR SENSIBLE DEL LÍQUIDO [ Hf ]

LA TEMPERATURA SE PUEDE MEDIR CON UN TERMÓMETRO

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Presión atmosférica

KJ

419

1 Kg de Agua a 0°C +419 KJ de calor sensible = 1 Kg de Agua Saturada a 100°C

CALOR LATENTE O ENTALPÍA DE EVAPORACIÓN

• Calor Latente es la cantidad de energía requerida para lograr el cambio de estado físico de una substancia sin que exista variación en la temperatura.

• Al añadir Calor Latente NO se incrementa la temperatura, líquido saturado y vapor tienen la misma temperatura a una presión dada.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Presión Atmosférica

1 Kg de agua saturada a 100°C + 2,257 KJ de CALOR LATENTE = 1 Kg de Vapor Saturado Seco a 100°C con un CALOR TOTAL de 2,676 KJ

419

2,257

2,676

KJ

EFECTO DE LA PRESIÓN SOBRE EL CALOR SENSIBLE Y EL CALOR

LATENTE

Al incrementar la presión :

Aumenta el calor sensible

Disminuye el calor latente

Calor Latente KJ/Kg Calor Sensible KJ/Kg0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

0 Bar1 Bar4 Bar

Cual es el efecto de la presión ?

14

Qué otro efecto tiene la presión?

• Al Incrementar la Presión:– Disminuye el Volumen Específico

Volumen Específico del Vapor1.67

0.88

0.370.24

m3 / Kgm

0 barg1 barg4 barg7 barg

Que otro efecto tiene la presión?

100 120 152 1700

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 bar1 Bar4 Bar7 Bar

°C

Al incrementar la presión:Aumenta la temperatura del vapor

16

Cal

or L

aten

te

Cal

or S

ensi

ble

Volu

men

Esp

ecífi

co

Pres

ión

de V

apor

Tem

pera

tur a

Vap

or

Efecto de la Presión

TABLAS DE VAPOR

Las tablas de las propiedades termodinámicas del vapor nos permiten identificar fácilmente sus propiedades a una presión o temperatura dada

Ya que hemos formado el vapor ……….. que hacemos ?

Dado que el vapor es usado para transferir energía en forma de calor de un punto a otro…..

Entonces tiene sentido tomar esa energía para aplicarla para hacer un trabajo.

Col 1PresiónMan psi

Col 2Presión Absolpsia

Col 3Temp.Vapor °F

Col 4Calor LiquidoSat.Btu/lb

Col 5Calor LatenteEvapor.Btu/lb

Col 6CalorTotal VaporBtu/lb

Col 7Vol. EspLiquidoSat.Ft3/lb

Col 8Vol. EspVapor Sat.Ft3/lb

Características de las tablas de propiedades termodinámicas del vapor ( Keenan and Keyes)

DIAGRAMA DE MOLLIER

Se-ries1

0500

10001500200025003000

419100°C

2,2572,676

2,257

419 100°C

Extrayendo el Calor Latente

Si a 1 Kg de vapor a 100°C , cuyo calor TOTAL es de 2 676 KJ/kg; le quitamos 2,257 KJ/Kg de CALOR LATENTE, da como resultado 1 Kg de agua saturada a 100°C con un contenido de calor igual a 419 KJ/Kg

Presión Atmosférica

KJ

Recordemos….

El calor latente suministrado por la caldera es lo que vamos a utilizar para efectuar un trabajo en nuestros equipos

PERO….. Cuando usamos el CALOR LATENTE creamos CONDENSADO

El Calor Latente puede usarse de una manera intencional en un equipo para intercambio

de calor o, no intencionalmente; como

perdida de calor por RADIACION en tuberías y

accesorios

25

Qué significa la pérdida No Intencional de Calor Latente en su Sistema de Vapor?

Condensado Vapor Vapor Flash

7 barg 170C

4 barg 152°CReductora

De Presión

Trampa

Venteo

Trampa

Trampa

Trampa

Trampa

26

Significa que:

El Sistema de Vapor está constantemente siendo llenado con agua (Condensado)

27

Significa que:

Su Sistema de Vapor esta sujeto a Golpes de Ariete (Water Hammer)

28

Significa que:

Su Sistema de Vapor esta expuesto a Corrosión

Condensado Sub-Enfriado + CO2 Forma Ácido Carbónico

( CO2 + H2O = H2CO3 )

Significa que:Su Equipo para Intercambio de Calor es Menos

Eficiente

En que usamos nuestro vapor

Cuanta energía desarrollamos en nuestra caldera

Sabemos que nuestra caldera genera energía calorífica mediante la combustión de un combustible, en nuestro caso utilizamos Gas Natural con un contenido calorífico de aprox . 1000 Btu/pie3

Para saber la cantidad de energía calorífica desarrollada basta multiplicar el consumo de

combustible por su poder calorífico Q= Vg*PcQ = Energía desarrollada (Btu.)Vg = Volumen de gas en (Pie3)Pc = Poder calorífico del Gas en (Btu/pie3) Ejemplo:Vg = 10 (pie3)Pc = 1000 (Btu/pie3) Q = Vg*Pc = 10 * 1000 = 10,000 unidades: (pie3) * (Btu/pie3) ; (pie3) * (Btu/pie3) Btu.

Como se acostumbra a medir los gastos en unidades de volumen por el tiempo transcurrido por lo regular

referimos :Pie3 /hr.Gal /hrM3 /hr

Así tenemos: Qg = Vg*Pc = 10*1,000 = 10,000Unidades : Pie3/hr * Btu/pie3 Pie3/hr * Btu/pie3 Btu/hr Qg = 10,000 Btu/hr

Para saber que cantidad de energía se requiere para generar vapor se necesita

saber:

Gasto de agua (gpm)Presión del vapor (psi)Calidad del vapor (%)Temperatura del agua (°F) Con la presión del vapor y la calidad del vapor se obtiene la entalpía del vapor [Hg] y la entalpía del liquido saturado [Hf] , además puedes obtener la temperatura de saturación y otras propiedades del vapor.

Cálculos: Las ecuaciones para calcular la energía requerida para tanto del vapor como del agua saturada son las siguientes: Qv = w*%v* Hv ……….. Vapor Qf = w*%f * Hf ………. Liquido saturado Qt = Qv + Qf ……….. Calor total generado w= gasto masa en lbs/hr para obtener la masa w se multiplica el gasto volumétrico (gpm) por 500 y se obtienen lbs/hr como el agua que introducimos al generador no entra a 0° C tenemos que calcular la energía aportada por el medio ambiente. Para ello utilizamos la ecuación: Q = w * Cp*( T2-T1) Cp = calor especifico del agua = 1 (Btu*lb/°F) T1 = 0°C = 32°F Esta energía se la restamos a la energía total para saber cuanto fue la energía otorgada por el generador para producir la cantidad vapor de la calidad deseada a una presión determinada. Qtv = Qt-Q Qtv = Calor total usado para vaporizar la maza de agua

El generador no solamente produce la energía para el vapor , es sabido que se tienen perdidas de calor por conducción a través de las paredes aunque se tenga aislamiento térmico , también el calor que arrastran los gases de combustión hacia el medio exterior , por lo tanto por experiencia se han determinado que la eficiencia de una caldera oscila entre el 85 al 90% de eficiencia lo cual quiere decir que del calor total producido en el hogar se aprovecha el 85% o el 90 %

Como se determina esta eficiencia?Dividiendo el calor requerido para el vapor entre el calor desarrollado por el gas combustible que entra a la caldera medido en un registrador externo al control del generador.

Ef = Qtv/Qg

Ejemplo .- Se desea generar 10 ton./hr de vapor saturado con 80% de calidad a una presión de 1900 Psi , utilizando como combustible Gas natural con un poder calorífico de 987 Btu/pie3.Determinar la cantidad de energía requerida para el vapor y la cantidad de gas combustible para alimentar el generador de vapor..

Qv = w*%v* Hv ……….. Vapor Qf = w*%f * Hf ………. Liquido saturado Qt = Qv + Qf ……….. Calor total generado

a).- obtener los datos para el calculo: w = 10 ton/hr , = 10,000 Kg/Hr w = 10,000 Kg/hr * 2.2 Lbs/Kg = 22,000 Lbs /Hr De las tablas de vapor se obtiene: dada la presión:Calidad = 80% , presión 1500 Psi. Hv = 1046.18 Btu/lb Hf = 661.604 Btu/lb Qv = 22,000 * 0.80 * 1046.18 = 18,412,768 Btu/hrQf = 22,000 * 0.20 * 661.604 = 2,911,057.6 Btu/hrQt = 18,412,768 + 2,911,057.6 = 21,323,825.6 Btu/ hr

A esta cantidad de energía tenemos que restarle la energía proporcionada por el medio ambiente.

Q = w * Cp*( T2-T1) Cp = calor especifico del agua = 1 (Btu*lb/°F) T1 = 0°C = 32°F Q = w * Cp*( T2-T1) T2 = 28 °C = 82.4°F Q = 22,000 * 1*(82.4- 32) Q = 1,152,800 Btu/hr

La energía proporcionada por el generador será:

Qtv = Qt – Q Qtv = 21,323,825.6 - 1,152,800 Btu/hr Qtv = 20,171,025 Btu/hr Para conocer la cantidad de combustible requerido para suministrar la energía al vapor bastara dividir la energía proporcionada entre el poder calorífico del gas Pc = 987 Btu/pie3 Vg = Qtv/Pc Vg = 20,171,025 Btu/hr / 987 Btu/pie3 Vg = 20,436.7 Pie3/ hr

Para determinar el consumo de gas suministrado al generador de vapor se tiene que aplicar la eficiencia del generador ,esto se hace mediante una simple regla de tres: 20,436.7 Pie3/hr -------- 90 % Ctg -------------------- 100% Multiplicando extremos y dividiendo entre medios se tiene Ctg = 22707.44 pie3/hr Para conocer la energía desarrollada por el combustible en el hogar Qd bastara con multiplicar el consumo total del gas por su poder calorífico Qd = Ctg * Pc Qd = 22,707.44 * 987 Qd = 22,412,249 Btu/hr Si nuestra caldera tuviera la eficiencia asignada y los sensores de energía bien calibrados este valor se tendría en el hogar del generador de vapor

ESPERO QUE LO EXPUESTO SEADE UTILIDAD

PARA USTEDES

Gracias