NORMATIVA -GUIAS DE REFERENCIA - uva.es€¦ · DSV1-SalaCaldera_603 2 Colector -Distribuidor de vapor Un colector -distribuidor en la sala de calderas facilita la alimentación de

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NORMATIVA - GUIAS DE REFERENCIA


Colector - Distribuidor de vapor

� Un colector - distribuidor en la sala de calderas facilita la alimentación de vapor a diferentes zonas de la planta y elimina arrastres de agua de caldera

� En caso de producirse arrastre de agua, un equipo con separador y drenaje lo elimina.



• ORDEN 6-10-1980 (BOE 4-11-1980) INSTRUCCIÓN TÉCNICA COMPLEMENTARIA MIE-AP2 DEL REGLAMENTO DE APARATOS A PRESIÓN: TUBERÍAS PARA FLUIDOS RELATIVOS A CALDERAS.

• Si dos o más calderas de vapor están conectadas a un colector común, éste estará provisto del correspondiente sistema de purga de condensados, y aquéllos de una válvula de retención que impida el paso del vapor de una a otra caldera.

• Los colectores de vapor y agua sobrecalentada en los que el producto de P (en kg./cm²) por V (en metros cúbicos) sea mayor que 5, serán sometidos a las prescripciones generales del Reglamento de Aparatos a Presión.



• INSTRUCCIÓN TÉCNICA COMPLEMENTARIA ITC-MIE-AP1 CALDE-RAS, ECONOMIZADORES, PRECALENTADORES, SOBRECALENTA-DORES Y RECALENTADORES (O. 17-3-1982. BOE 8-4-1981) (O. 28-3-1985. BOE 13-4-1985).

• Toda caldera de vapor saturado dispondrá de una válvula que pueda interceptar el paso de salida del vapor. Si se trata de un grupo de caldera o recalentador que tengan un colector común, la tubería de salida de cada unidad estará provista además de una válvula de retención. Estas dos válvulas podrán ser sustituidas por una sola que realice simultáneamente ambas funciones de cierre y retención.



• RECOMENDACIONES

• Diámetro. El diámetro del colector de vapor se debe calcular para una velocidad de vapor no superior a (5-10 m/s) bajo las condiciones de plena carga. La velocidad baja es importante ya que ayuda a que caiga la humedad arrastrada.

• Salida de vapor. Éstas siempre deben partir de la parte superior del colector de distribución. Así se asegura que sólo saldrá el vapor seco. La gravedad y la velocidad baja asegurarán que el condensado caiga al fondo colector.



• Purga de vapor. Es importante que se desaloje el condensado del colector tan pronto como se forme. Por esta razón un purgador mecánico, por ejemplo un purgador de boya será la mejor opción.Los colectores que se encuentran cerca de las calderas son susceptibles a los arrastres, por tanto se recomienda el uso de purgadores de boya para manejar las fluctuaciones en las cargas de condensado. Los TD con disco eliminador de aire ofrecen una buena alternativa.El purgador debe posicionarse para que pueda drenar por gravedad. Esto asegurará que se ha drenado el colector en la puesta en marcha cuando la proporción condensación es máxima y la presión es mínima.El colector deberá tener una pequeña inclinación hacia el extremo donde se encuentra el pozo. En los colectores de más de 5 m, será conveniente colocar un pozo de goteo en cada extremo.Se estima un caudal de drenaje del 15% bajo las condiciones de plena carga.



• Eliminación de aire. Con la entrada de vapor por la parte superior del colector, en la puesta en marcha, el aire tenderá a ser empujado al fondo y se debe eliminar por la parte inferior.Normalmente, se usará un purgador con una alta capacidad de eliminación de aire como un purgador de boya.Sin embargo, para asegurar que elimina completamente el aire durante las condiciones de trabajo, se puede colocar un eliminador de aire en la parte superior del colector (en el punto opuesto a la entrada del vapor).



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La distribución a alta presión tiene las siguientes ventajas:

� Tubería de vapor mas pequeña con menor coste y pérd ida de calor

� En procesos con presión baja, la reducción mejora la calidad del vapor

� La caldera tiene mayor rendimiento trabajando con p resión alta.

Distribuidor vapor

Sistema de purga

Estación reductora presión

Vapor de calderaSeparador

Vapor alta presión

Eliminador Aire

Distribución del vapor

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Dimensionado de tuberías

+ Coste

+ Pérdidas calor+ Condensado

+ Velocidad+ Caída de presión+ Erosión.

Sobredimensionada

Subdimensionada

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• ITC-MIE-AP-02: TUBERÍAS PARA FLUÍDOS RELATIVOS A CALDERASOrden de 6 de octubre de 1980, por la que se aprueba la Instrucción Técnica Complementaria MIE-AP2 del Reglamento de Aparatos a Presión sobre “Tuberías para fluidos relativos a calderas” B.O.E. Nº 265 publicado el 4/11/1980.

• Todas las tuberías que vayan por el piso deberán colocarse en canales cubiertos por materiales no combustibles.

• Las instalaciones de tuberías deben ser perfectamente accesibles para permitir la inspección de las mismas cuando se estime que pudiera haber deterioro por el uso, así como para el recambio de piezas, la lubricación de piezas móviles, etc.

• Queda prohibida la instalación de conducciones de fluidos calientes próximas a tuberías de productos combustibles con excepción de las tuberías de calefacción por acompañamiento de productos petrolíferos pesados.

• Quedan prohibidas las reducciones bruscas de sección.

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• Toda tubería que trabaje con fluidos calientes estará diseñada para soportar sus dilataciones mediante la colocación de los apropiados sistemas de compensación.

• Se utilizará tubería de acero u otro material adecuado, según normas UNE u otra norma internacionalmente reconocida, y cuyas características de presión y temperatura de servicio sean como mínimo las de diseño.

• Para el cálculo de las redes de tuberías se tomará como temperatura de diseño la máxima del fluido a transportar y como presión la máxima total en la instalación, que en caso vapor será igual a la presión de tarado de las válvulas de seguridad instaladas en la caldera, o en el equipo reductor de presión si existiese.

• En los lugares que pudieran existir vibraciones, esfuerzos mecánicos o sea necesario para el mantenimiento del aparato, podrán utilizarse tuberías flexibles con protección metálica, previa certificación de sus características.

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• Las válvulas y accesorios de la instalación serán de materiales adecuados a la temperatura y presión de diseño, características que deben ser garantizadas por el fabricante o proveedor.

Rango de operación (PN25)

� En la información de las válvulas hay tablas que relacionan la presión y temperatura en función de las condiciones de diseño del material.

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Rango de operación (PN16)

� En la información de los purgadores hay tablas que relacionan la presión y temperatura en función de las condiciones de diseño del material.

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• Las juntas utilizadas deberán ser de materiales resistentes a la acción del agua y vapor, así como resistir la temperatura de servicio sin modificación alguna.

• La tubería tendrá un diámetro tal que las velocidades máximas de circulación serán las siguientes:• Vapor saturado: 50 m/seg.• Vapor recalentado y sobrecalentado: 60 m/seg.

• La instalación de tuberías y accesorios para vapor, agua sobrecalentada y caliente, estará de acuerdo con la norma UNE u otra norma internacionalmente reconocida.

• Las tuberías podrán ser aéreas y subterráneas, pero en todos los casos deberán ser accesibles, por lo que las subterráneas serán colocadas en canales cubiertos, o en túneles de servicios.

• Con el fin de eliminar al mínimo las pérdidas caloríficas, todas las tuberías deberán estar convenientemente aisladas, según Decreto 1490/1975.

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• Para evitar que los esfuerzos de dilatación graviten sobre otros aparatos, tales como calderas, bombas o aparatos consumidores, deberán preverse los correspondientes puntos fijos en las tuberías con el fin de descargar totalmente de solicitaciones a aquéllos.

• En todos los casos los equipos consumidores, válvulas automáticas de regulación u otros análogos, deberán ser seccionables de la instalación con el fin de facilitar las operaciones de mantenimiento y reparación.

• Todo sistema de purga de condensados conectado a tubería de retorno común estará provisto de una válvula de seccionamiento.

• En las instalaciones de vapor se evitarán las bolsas, pero en caso de existir, deberán instalarse los correspondientes sistemas de purgas en el punto más bajo de las mismas.

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¿Cómo elegimos el tamaño?

• Considerando: Velocidad y Caída de presión

• La velocidad del vapor no debe sobrepasar:� En líneas principales 25 a 35 m/seg� En derivaciones 20 a 25 m/seg

• La caída de presión no debe superar un determinado valor, para asegurar que el vapor llega a los puntos de consumo con la presión necesaria

L

Caudal vapor

P1 P2


Presión del vapor y volumen específico

• En el dimensionado de las tuberías de vapor se tiene que tener en cuenta que el volumen específico aumenta cuando disminuye la presión.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14Presión (bar r)

Volu

men

esp

ecífi

co m

3 /kg

5 bar0,31

m3/kg

2 bar0,60

m3/kg

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Ejemplo de dimensionado de tuberías

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Caldera7 bar

1000 kg/h

Batería calefactora4 bar r (mín.)

950 kg/h.

240 m + 25% (accesorios) = 300 m (longitud equivalente de tubería)

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• Vapor Saturado (1000 kg/h, 7 bar r, 300 m)

Diámetro Velocidad Pérdida carga Pérdida carga totalmm. m/seg. bar / 100 m bar

2” 30 1,15 3,452.1/2” 22 0,45 1,35

La tubería de 2” cumple con la condición de máxima velocidad, pero el vapor llegará al proceso con una presión inferior a la requeridaDebe seleccionarse el tamaño 2.1/2” (DN65).

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Golpe de ariete.

Debe evitarse el pandeo en las tuberías de vapor

Bolsa de condensado

En el recorrido del vapor la transmisión de calor al exterior produce condensado. La acumulación de condensado en puntos bajos de la tubería provoca vibraciones, ruidos y roturas causados por golpe de ariete

Condensado

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Inclinación y drenaje de tuberías

• Las tuberías de vapor deben drenarse en :� Puntos bajos y cambios de sentido� Tramos rectos (cada 50 metros máximo)� Finales de línea.

Elevación

Puntos de drenaje

40 - 50m

Inclinación 1m. cada 250 m. de recorridoFlujo vapor

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Puntos de drenaje

Correcto

Condensado

Pozo de goteoConjunto purgador

Sección

Sección

Conjunto purgador

Vapor

Vapor

Incorrecto.


Drenaje de tuberías de vapor.

• Esquema de instalación de un pozo de goteo con sistema de drenaje, en tuberías de vapor


Drenaje de tuberías de vapor.

• Esquema de instalación de drenaje de condensado y aire en un final de tubería


Pozos de goteo

• Para facilitar la descarga de condensado deben instalarse pozos de goteo con unas dimensiones mínimas indicadas a continuación:

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Vapor seco en procesos

Condensado

Válvula retención Purgador Detector fugas Fil tro Válvula interrupción

Un método eficaz de obtener vapor seco en la alimentación de un proceso es la instalación de un separador con sistema de drenaje.

Vapor

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Dimensionado Separadores

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Eliminación de aire.

Final línea de vapor

Purgador termodinámico

Aire

Eliminador termostático de aire

Condensado

Vapor

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Reducción en líneas de vapor

Correcto

Incorrecto

Vapor

Vapor

Condensado

Reducción excéntrica

Reducción concéntrica

Acumulación de condensado

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Filtros en alimentación de vapor

• Los filtros en las líneas de vapor, pueden ser una fuente de problemas por golpes de ariete. Para evitarlos deben montarse con la cesta en posición horizontal.

Filtro

Válvula control

Vapor

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Conexión de las derivaciones

• La conexión de una derivación por la parte alta de la tubería principal asegura un vapor más seco en el proceso.

�� Correcto�� Incorrecto

CondensadoCondensado

Vapor Vapor

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Drenaje de una derivación

Válvula de control

Conjunto drenaje

Tubería principal

• El condensado se acumula delante de la válvula cerrada y se introducirá con el vapor cuando abra

• Es conveniente el drenaje en el punto bajo de la derivación.

Vapor


Dilatación de tuberías

• Las tuberías se instalan a temperatura ambiente

• Cuando se pone en marcha la instalación y aumenta la temperatura, se dilatan aumentando su longitud

• Esto creará tensiones que pueden provocar deformaciones, pandeos o roturas

• En algunos casos las tuberías tienen flexibilidad natural, según longitud y curvas. En otros casos deben incorporar elementos que compensen estas dilataciones.

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Compensación de dilataciones

Lira

• Se suele utilizar cuando se dispone de espacio• Debe montarse horizontal, en el mismo plano que la

tubería, para evitar puntos de acumulación de condensado.

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Cuando la lira se monta en vertical debe drenarse el tramo anterior para evitar golpes de ariete por acumulación de condensado

Lira vertical

Drenaje condensado(faltan válvulas) .

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Fuelle

• Se intercalan en la tubería ocupando poco espacio• Deben estar perfectamente alineados con la tubería

y esta tiene que estar bien anclada y guiada para que las fuerzas laterales no las soporte el fuelle.

Cálculo de dilataciones

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• Puede hacerse mediante la fórmula:

Dilatación (mm) = L × ∆T × S L : Longitud de tubería entre anclajes (m)

∆T : Diferencia de temperatura (ºC)S : Coeficiente dilatación (mm/mºC) × 10-3

• Coeficientes de dilatación:

• Ejemplo:� Calcular la dilatación de 50 metros de tubería al pasar de temperatura

ambiente (10 ºC) a la temperatura del vapor a 8 bar r (175 ºC)L = 50 m∆T = 175 − 10 = 165 ºCS = 15 × 10-3 mm/m ºC Dilatación = 50 × 165 × 15 × 10-3 = 124 mm

MaterialRango de temperatura ºC

0 -100 100 - 200 200 - 300Acero suave 0,1-0,2 % C 14,0 15,0 15,6Acero aleado 1% Cr 0,5% Mo 14,4 15,1 15,8Acero inoxidable 18% Cr 8% Ni 20,0 20,9 21,2


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Cálculo de soportes

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Aislamiento térmico de tuberías

• La pérdida de calor en tuberías, depende de la temperatura del vapor, la temperatura ambiente y la eficacia del sistema aislante.

• La mayoría de los materiales aislantes se basan en diminutas células de aire, dispuestas en una base de material como lana mineral o fibra de vidrio, protegido con chapa de aluminio.

Condensado

Aislamiento

Vapor

Tubería

Pérdidas de calor

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• Es importante que el material aislante no quede aplastado o pueda inundarse de agua. Las pérdidas de calor con aislante saturado de agua, pueden ser 50 veces mayores que las pérdidas de la misma tubería al aire

• Es conveniente también aislar elementos del sistema: bridas, válvulas, separadores y otros accesorios. Para algunos existen fundas aislantes prefabricadas, provistas de cierres que permiten ser desmontadas con facilidad

• También es necesario aislar por seguridad.

Condensado

Aislamiento

Vapor

Tubería

Pérdidas de calor

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Pérdidas energéticas en tuberías de vapor

Se ha considerado un coste de energía de 0,021 €/kWh y un funcionamiento de 6.000 horas/añoEjemplo:En 100 metros de tubería de 4” (DN100) con presión 12 bar, el aislamiento supone un ahorro anual de 11.700 euros.

Presión 8 bar Presión 12 barTamaño tubería

Sin aislamiento €/metro x mes

Con aislamiento (eficacia 80%) €/metro x mes

Sin aislamiento €/metro x mes

Con aislamiento (eficacia 80%) €/metro x mes

3/4" 2,88 0,57 3,33 0,66

1" 3,51 0,70 4,12 0,82

1.1/4" 4,31 0,86 5,01 1,01

1.1/2" 4,83 0,96 5,47 1,09

2" 5,93 1,18 6,86 1,37

2.1/2" 7,01 1,40 8,18 1,63

3" 8,32 1,66 9,69 1,94

4" 10,67 2,13 12,19 2,43

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