INSTALACIONES INDUSTRIALES - uva.es€¦ · (Evita entrar aire y permite la purga) ... • Vaso de expansión cerrado sin membrana. (Aire comprimido agua ... Uno de ellos contiene

INSTALACIONES INDUSTRIALES

Julio Fco. San José Alonso


Julio Fco. San José Alonso 2

Índice

• Introducción.• Circulación del fluido térmico.• Elementos de seguridad.

• Alimentación• Vaciado y purga• Expansión• Seguridad

• Configuración y trazado.• Regulación de potencia.



Baja P Baja T

Media P Media T

Baja P Alta T

Media P Alta T

Alta P Alta T

Caldera de vapor X X X X Caldera de A.C. X

Caldera de A.S.C. X Caldera de F.T. X X X

Presión (kg/cm2)

Temperatura (ºC)

BajaMediaAlta

1 ≤ p < 10

10 ≤ p < 25

25 ≤ p

T < 140

140 ≤ T < 200

200 ≤ T

INTRODUCCIÓNSelección de la instalación



Fluido caloportador Calor aportado Estabilidad

térmica Corrosión oxidación Coste Instalación Caudal Temperatura

de utilización ViscosidadDilatación

Gases de combustión Cphumos(Thumos-Tp) Buena Problemas Sin

coste

Simple Barata Voluminosa Peligrosa

Grande Mediana Baja Alta

Aire Cpaire(Taire-Tp) Buena Ninguno Sin coste

Simple Barata Voluminosa

Grande Baja Baja Alta

Agua caliente Cpagua(Tagua-Tp) Buena Algunos Barato Simple

Barata Medio Baja Media Media

Agua sobre calentada Cpagua(Tagua-Tp) Problemas Algunos Barato

Compleja Cara Peligrosa

Medio Mediana Media Media

Vapor de agua λ+Cpvapor(Tvapor-Ta) Problemas Problemas Barato


Bajo Alta Baja Alta

Aceite térmico Cpaceite(Taceite-Tp) Problemas Algunos Caro


Bajo Alta Media Alta

Refrigerante λ Buena Ninguno Caro Compleja Cara Bajo Media Baja

Alta

Fluidos térmicos



CIRCULACION DEL FLUIDO TERMICO

La circulación del fluido caloportador se puede realizar de dos formas:

Circulación natural: cuando el movimiento del fluido caloportador se realiza sin necesidad deenergía auxiliar, pudiendo ser originada por diferencia de temperatura, presión o ambas al tiempo.

Circulación forzada: cuando el movimiento del fluido caloportador se realiza utilizando energíaauxiliar, que provoca el movimiento del fluido.

Circulación natural Circulación forzada

Perdidas de presión de la instalación.

Pequeña Alta

Dimensión de conducciones

Grandes Pequeñas

Circulación del fluido caloportador

Heterogénea Homogénea

Potencias de la instalación

Pequeña Sin limitaciones



Rotodinámicas: caudal Q depende de H

BOMBA CENTRÍFUGA

BOMBA AXIAL

6



WgQH&

ρ=η

CURVAS CARACTERÍSTICAS

•Energía útil: H,P=f(Q) •Potencia consumida: W=f(Q) •Rendimiento: η=f(Q)

•Punto de diseño: Q0

7



PUNTO DE FUNCIONAMIENTO:Acoplamiento bomba / circuito = intersección de:

* Curva H(Q) de la bomba* Curva resistente del circuito

Circuito abierto:

8



PUNTO DE FUNCIONAMIENTO• Circuito cerrado (circuladores): altura de la bomba = pérdidas de carga en circuito

9



ELEMENTOS DE SEGURIDAD a) Alimentaciónb) Vaciado y purgac) Expansiónd) Seguridad

10

SAES: Sistema de Alimentación, Expansión y Seguridad

• Válvula de corte (Preferentemente de esfera).• Filtro de partículas.• Manómetro o sonda de presión (presión de la red pública).• Termómetro (Temperatura de la red pública) (instalaciones solares).• Válvula reductora de presión (en su caso, pero casi siempre necesaria).• Contador de agua C.• Desconector automático.• Válvula de llenado rápido en paralelo a contador y desconector.• Manómetro o sonda de presión (Presión del circuito).• Válvula de corte (Preferentemente de esfera).• Vaso de expansión.• Válvula de seguridad con descarga vista.

D

T M

C

M

circuitored pública



Alimentación

Potencia térmica nominal(kW)

CalorDN (mm)

FríoDN (mm)

P ≤ 70 15 20

70 < P ≤ 150 20 25

150 < P ≤ 400 25 32

400 < P 32 40

Llenado con aditivo





Vaciado y purga:

•Todas las redes de distribución estarán diseñadas de tal forma que pueden vaciarse totalo parcialmente.

• Los vaciados parciales de la red se harán usualmente por la base de las columnas, através de un elemento cuyo diámetro será, como mínimo, igual a 20 mm.

• El vaciado total se hará por el punto más bajo de la instalación a través de una válvulacuyo diámetro mínimo, en función de la potencia térmica del circuito, se indica en latabla.

• La conexión entre la válvula de vaciado y el desagüe se hará de tal forma que el paso deagua resulte visible. Las válvulas se protegerán contra maniobras accidentales.

• El vaciado de agua con aditivos peligrosos para la salud se hará en un depósito derecogida para permitir su posterior tratamiento antes del vertido a la red dealcantarillado público.

• Los puntos altos de los circuitos deben estar provistos de un dispositivo de purga de aire,manual o automático. El diámetro nominal del purgador no será menor que 15 mm.



Potencia térmica nominal(kW)

CalorDN (mm)

FrioDN (mm)

P ≤ 70 20 25

70 < P ≤ 150 25 32

150 < P ≤ 400 32 40

400 < P 40 50

Vaciado y purga



Sistema de expansión (UNE 100155-2004)

El sistema de expansión tiene la función de absorber las variaciones devolumen del fluido caloportador contenido en un circuito cerrado al variar sutemperatura, manteniendo la presión entre límites preestablecidos eimpidiendo, al mismo tiempo, pérdidas y reposiciones de la masa de fluido.

OBJETIVOS:

• Mantener en el punto geométricamente más elevado del sistema unapresión superior a la atmosférica. (Evita entrar aire y permite la purga)

• Evita la eventual formación de vapor de agua en los puntos más elevadosde la red.

• Elimina la posibilidad de que tengan lugar fenómenos de cavitación en laaspiración de las bombas.

• Reduce las renovaciones periódicas del fluido caloportador, reduciendo laconcentración de sales y oxígeno.



CLASIFICACIÓN

• Sistemas sin transferencia de masa al exterior del circuito

• Vaso de expansión abierto. (limitación de temperatura 90ºC)

• Vaso de expansión cerrado sin membrana. (Aire comprimido agua derefrigeración, aire todos)

• Vaso de expansión cerrado con membrana

• Sistemas con transferencias de masa al exterior del circuito (grandesvariaciones de volumen y control de presión)

• Transferencia y recuperación de masa de agua, con depósito dealmacenamiento

• Transferencia de masa de gas inerte, con recuperación.

• Transferencia de masa de gas inerte, sin recuperación.

• Transferencia de masa de aire, con membrana.

• Sistemas de presurización por vapor. (Circuitos de agua sobrecalentada)







VASO DE EXPANSION ABIERTO

El vaso de expansión abierto consiste en un recipiente metálico o de cualquier otromaterial estanco y resistente a los esfuerzos que va a soportar, provisto de tomasdestinadas a la conexión de las tuberías de expansión, circulación, rebosadero yventilación, que se mantiene constantemente en comunicación directa con la atmósfera.



VASO DE EXPANSION CERRADO

Un vaso de expansión cerrado consiste en un recipiente de acero, con dos compartimentos separadospor una membrana elástica. Uno de ellos contiene nitrógeno o aire actuando como elemento elásticoque absorbe las variaciones de volumen experimentadas por el fluido caloportador y que sontransmitidas desde el otro compartimento, que está lleno de fluido caloportador y en comunicacióncon el resto del circuito.



Vaso de expansión cerrado

Vaso de expansión abierto

Coste del vaso de expansión Mayor Menor Montaje Menor coste Mayor coste Perdidas por evaporación Sin importancia Importantes Peligro de heladas Sin problemas Problemas Purgas Necesita No necesita Presostato de seguridad Necesita No necesita Corrosión e incrustaciones Menor importancia Mayor importancia



Colocación del vaso de expansión

Presión estática

Presión dinámica









• Para generadores de agua caliente (hasta 90 ºC): A2 y A1.

• Para generadores de agua sobrecalentada: A1, A2 y B1.

• Para generadores de agua refrigerada: B1, A2 y A1.

• Para intercambiadores de calor: B1, A2 y A1.



Coeficiente de expansión del agua entre la temperatura de 4ºC y la temperatura máximade funcionamiento del sistema puede expresarse mediante la siguiente relación (válidahasta 210ºC)

1)(

1000−=

tfCe

4835232 1080021,41097359,11000584,61023956,1831,999)( tttttf ××+××−××+××−= −−−−

140ºC≤t≤210ºC

30ºC≤t≤210ºC

70º<t<140ºC

30ºC≤t≤70ºC310)738,048,33( −××+−= tC e

62 10)24,313,1023,2708( −××+×+−= ttC e

310)2,195( −××+−= tC e

32 10)0036,0064,075,1( −××+×+−= ttC e

Cálculos

El coeficiente de expansión (t) es siempre positivo y menor que la unidad y representa,obviamente, la relación entre el volumen útil del vaso de expansión Vu, y el volumen delfluido contenido en la instalación V.

VV

VVC u

eΔ

==



Soluciones de glicol etilénico en agua, el coeficiente de expansión Ce deberá multiplicarse por el siguiente factor de corrección.

bc taf )328,1( +××=

)2,19188,143(0134,0 2 +×−×−= GGa

)50057,94(1035 24 +×−××= − GGb

Valido para un contenido de glicol etilénico“G” entre el 20% y el 50% en volumen y para temperaturas de 65ºC hasta 115ºC.

Valores del Factor de dilatación del agua.

T máx

(ºC)

Ce T máx

(ºC)

Ce T máx

(ºC)

Ce

10

20

30

40

50

0,0004

0,0018

0,0044

0,0079

0,0121

60

70

75

80

85

0,0171

0,0228

0,0258

0,0290

0,0324

90

95

100

110

120

0,0359

0,0396

0,0435

0,0515

0,0603



Coeficiente de Presión para vasos cerrados sin trasiego de fluidos, es siempre positivo ymayor que la unidad, representa la relación entre el volumen total y el volumen útil,aplicando la ley de Boyle y Mariotte.

u

tp V

VC =

• Vaso de expansión con diafragma Pm = Pi

mM

Mp PP

PC−

=

• Vaso de expansión sin diafragma

)( mMi

Mmp PPP

PPC−×

×=

Pvs Presión de tarado de la válvula de seguridad (bar).Pi Presión inicial del vaso (bar).Pm Presión mínima en el vaso (bar).PM Presión máxima en el vaso (bar).



• Vaso de expansión con transferencia de masa

peu CCVV ××=

• Vaso de expansión abiertos

eu CVV ×=

• Vaso de expansión cerrados

eu CVV ×=

• Tubería de expansión: tubería de conexión entre el vaso de expansión y el circuito:5,05,115 PD ×+=

P es la potencia nominal del generador en kW.



Seguridad:



CONFIGURACIONES Y TRAZADO









Instalaciones de fluidos térmicos

36



Instalación de agua sobrecalentada

37



Instalación de agua caliente







REGULACIÓN DE POTENCIALa potencia térmica de un emisor de calor viene dada por la expresión:

Q / (ΔTm)n = Q*/ (ΔTm*)n (1)

Donde ΔTm es la temperatura media logarítmica del emisor, que resulta ser una función de lastemperaturas de impulsión y retorno del fluido caloportador, Tr y Ti, y de la del medio, Tm, dada por:

ΔTm = [(Ti –Tm)-(Tr – Tm)] / ln [(Ti – Tm)/ (Tr – Tm)] (2)

Por otra parte, la potencia térmica emitida debe corresponder también al enfriamiento del agua quecircula a través del emisor, luego:

Q = m . Cp . ρ . (Ti – Tr) (3)

O bien:

Q/Q* = m/m* . [(Ti – Tr)/ (Ti – Tr)*]

Cuando se mantiene constante la temperatura Tm y despejando entre las ecuaciones 1, 2 y 3 latemperatura de retorno Tr, resulta que para regular la potencia calorífica emitida, se puede actuar detres maneras.

Variar el caudal de agua en circulación, manteniendo constante la temperatura del agua en laalimentación al emisor.

Variar la temperatura del agua impulsada al emisor, manteniendo constante el caudal deagua en circulación.

Modificar simultáneamente ambas variables.

41



Ti

Caudal variable Temperatura variable

42



Regulación de caudal y temperatura variable

43

Documents

INSTALACIONES INDUSTRIALES - uva.es€¦ · (Evita entrar aire y permite la purga) ... • Vaso de expansión cerrado sin membrana. (Aire comprimido agua ... Uno de ellos contiene