Sistemas de distribución de vapor



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CAPÍTULO 3

3. SISTEMAS DISTRIBUIDORES Y RECOLECTORES DE VAPOR.

Los sistemas de distribución de vapor conectan a las calderas con el equipo que en realidad utiliza vapor. Estos sistemas de distribución transportan el vapor hasta cualquier sitio en la planta donde se necesita energía calorífica.

Los tres componentes principales de un sistema de distribución de vapor son:



  • Los cabezales( Distribuidores de vapor ),

  • Las tuberías principales, y

  • Los ramales de vapor.

Cada componente cumple con ciertas funciones especificas en un sistema de vapor y junto con los separadores y las trampas de vapor contribuye al uso eficiente del vapor.




3.1. Cabezales de Vapor.

Un cabezal de vapor denominado así en el argot popular de diferentes plantas industriales, ver figura 3.1, no es otra cosa sino una tubería madre de distribución de vapor porque puede recibir vapor de una o varias calderas al mismo tiempo.

Lo más común es que sea una tubería horizontal a la que se le alimenta el vapor por la parte superior (11), y al mismo tiempo se alimentan las tuberías principales de distribución.

Es importante trampear el cabezal de forma correcta para asegurarse que cualquier substancia indeseable ( agua de la caldera y/o partículas ) sea removida del vapor antes de su distribución.

Las trampas de vapor que le dan servicio al cabezal deben ser capaces de descargar grandes cantidades de condensado y partículas en forma instantánea. La resistencia al impacto hidráulico debe ser otro factor importante al seleccionar el tipo de trampa.



FIGURA 3.1. CABEZAL DE VAPOR TÍPICO


3.1.1. Instalación.


  • Si el flujo del vapor en el cabezal es únicamente en una sola dirección (11), entonces una sola trampa de vapor es necesaria en el extremo de salida de cabezal.


  • Cuando se tiene la alimentación de vapor a la mitad del cabezal en ambas direcciones figura 3.2 , cada extremo del cabezal necesita trampeo.



FIGURA 3.2. INSTALACIÓN DEL CABEZAL DE VAPOR


3.2. Tuberías Principales de Vapor .

La red de distribución de vapor (11), junto con las reguladoras de presión y temperatura, constituye la parte central de una instalación para la generación de vapor; es la encargada precisamente de conducir el vapor generado en la caldera hacia los diferentes puntos de demanda existentes en el proceso industrial.




3.3. Ramales de Vapor.

Los ramales son las tuberías que salen de las tuberías principales de vapor y llevan el vapor hacia el equipo que lo utiliza. El sistema completo debe ser diseñado y conectado de forma que se evite la acumulación de condensado en cualquier punto del sistema.


3.3.1. Instalación.

Todas las tomas de tuberías de vapor deben ser por la parte superior figura 3.3 , debido a que si es tomado por la parte inferior o lateral lo que se va ha tomar es vapor y condensado depositado en la parte inferior de la tubería.




FIGURA 3.3 RAMAL DE TUBERÍA

3.4. Líneas Tracer .

El uso de las línea tracers ( * ), tienen como objetivo principal mantener el contenido de la línea de producto a una temperatura satisfactoria de trabajo (12), bajo todas las condiciones de baja temperatura ambiental con una adecuada reserva para soportar condiciones extremas.






( * ) Línea Tracer : Es una línea secundaria que se la utiliza para mantener fluidos a temperaturas constantes ( ejemplo : Usado generalmente en las refinerías para el transporte de fluido viscoso como el caso del Bunker o otro derivado de petróleo )

En muchas aplicaciones las líneas tracer son económicas y eficientes. La temperatura debe mantenerse no sólo en la tubería primaria, sino también a través de las bombas, válvulas y uniones, en resumen, donde sea que el fluido primario este expuesto a las condiciones climáticas.

El vapor es el medio más común para mantener la temperatura de una línea de proceso. Si se requiere mantener la temperatura del fluido primario, lo más cercano posible a la temperatura del vapor disponible, una tubería enchaquetada se vuelve indispensable.

3.4.1. Material.
El material empleado en el montaje de las líneas tracer puede ser de:


  • Cobre,

  • Acero al carbono e inclusive,

  • Acero inoxidable,

De tal forma que dependiendo del material de la línea de proceso, dependerá obviamente el material de la línea tracer, para así evitar que nunca se produzca la corrosión electrolítica en cualquier punto de contacto.


3.4.2. Sujeción de las líneas tracer

La manera más sencilla de sujetar una línea tracer es con alambre alrededor de la tubería principal.

Los clips de sujeción no deben estar alejados más de 12" a 18" en tracers de 3/8", 18" a 24" en líneas de 1/2" y 24" a 36" en tracer iguales o mayores a 3/4".

La máxima transferencia de calor se logra cuando la línea tracer está en contacto estrecho con la línea de producto.




Para lograr mantener el mejor contacto entre la tracer y la línea de producto es mejor usar planchas galvanizadas o de acero inoxidable de cerca de 1/2" de ancho y de espesor de 18 a 20 gauge.


Cuando la tracer es llevada alrededor de curvas, se debe tener un cuidado especial, para asegurar el mejor contacto posible, esto se puede lograr usando tres o más bandas como se muestra en la figura 3.4.



Línea tracers

FIGURA 3.4.SUJECIÓN DE LÍNEAS TRACERS EN CURVAS



3.4.3. Dimensionamiento de Líneas Tracers

En la selección del tamaño y el número de las líneas tracer intervienen la pérdida de calor del fluido de la línea primaria, el diámetro de la tubería principal y la temperatura requerida en el fluido principal

Existen opiniones variadas en el dimensionamiento de tracers, muchas de ellas se basan en la experiencia, otras son aplicadas por compañías en particular; no existiendo por lo tanto una definición concreta al respecto.

Las medidas más comunes utilizadas en tracers son de 3/8", 1/2", 3/4" o 1" e inclusive tuberías de mayor tamaño. Otra corriente se basa en que debido a que las líneas tracers tienen sólo un mínimo contacto con la línea de producto, éstas aportarán con una mejor distribución de calor si todas son de 1/2" de diámetro.

A continuación detallamos la tabla 10 de líneas tracer:
TABLA 10

SELECCIÓN DE LÍNEAS TRACERS EN FUNCIÓN CON LA TEMPERATURA DEL FLUIDO A TRANSPORTAR




3.4.4. Aplicaciones.

El tipo A sería suficiente para muchos de los requerimientos de fuel oil y además reúne los requerimientos de aquellas líneas que transportan ácidos, fenol, agua y muchos otros químicos. La presión del vapor es importante y debe ser escogida de acuerdo a la temperatura del producto requerida

Para líneas tracers no críticas (Tipos A y B), la presión de vapor ideal recomendada debería ser de 50 Psig,( ver tabla precedente ). Para el tipo C se requiere una presión de vapor más alta, una excesiva presión de vapor causa mucho desgaste y sólo debería usarse donde es esencial una alta temperatura del producto.

3.4.5. Instalación.
Se requieren procedimientos de instalación apropiados para asegurar la eficiencia de una línea tracer. En líneas de fluido horizontal, el vapor de la línea tracer generalmente fluye en la dirección opuesta a la del fluido primario en la tubería, pero debe instalarse de tal forma que el condensado pueda drenarse por gravedad.

En los puntos bajos de las líneas tracer se puede crear estancamiento y son lugares donde se forman zonas frías y deben ser evitadas.





  • Generalmente cuando se usa una sola línea tracer figura 3.5. (a) , ésta es ubicada bajo la tubería del fluido primario.



  • Cuando hay dos líneas tracer figura 3.5 (b) , están son ubicadas normalmente bajo la tubería principal separadas en un ángulo de 30º.



  • Si es que se tienen tres líneas tracer instaladas figura 3.5 (c) , éstas debería estar ubicadas igualmente en la parte inferior de la tubería principal pero apartadas con ángulos de 45º.


FLUIDO









VAPOR

FIGURA 3.5 INSTALACIÓN DE UNA A TRES LÍNEAS TRACERS

  • Cuando se requieren de múltiples líneas tracer figura 3.6, la instalación de loops ( lazos ), pueden instalarse para lograr un calentamiento uniforme. En tuberías verticales es lógico distribuir uniformemente las múltiples líneas tracer para lograr los efectos deseados.




FIGURA 3.6. INSTALACIÓN DE VARIAS LÍNEAS TRACERS



  • Si se requieren de las líneas tracer para circundar elementos de control, válvulas o bombas, es necesario evitar los puntos más bajos para una apropiada instalación.




  • También es recomendable colocar una trampa independiente para drenar el condensado formado en una línea horizontal, cuando es necesario tracear una válvula figura 3.7 .




FIGURA 3.7 INSTALACIÓN DE LÍNEAS TRACERS EN VÁLVULAS



  • Es necesario recalcar que cuando se "tracea" ( * ), el cuerpo de una bomba figura 3.8, se trata siempre de evitar los puntos bajos o bolsas de acumulación de condensado en la línea tracer para asegurar un eficiente drenaje por gravedad.





( * ) Tracear: Es enlazar con tuberías Tracers a la línea principal que se desea que permanezca a una temperatura constante.




FIGURA 3.8 INSTALACIÓN DE LÍNEAS TRACERS EN BOMBAS




  • Cuando se instala una línea tracer alrededor de una brida figura 3.9 se puede seguir el mismo procedimiento, es decir siempre se debe mantener la línea tracer horizontalmente y no verticalmente para evitar la formación de bolsas.




FIGURA 3.9 INSTALACIÓN DE LÍNEAS TRACERS EN BRIDAS O JUNTAS

Se debe notar que al momento de tracear un instrumento se debe hacerlo también con las líneas de alimentación del equipo, además se debe tener en consideración la importancia de no contar con bolsas bajas y que la línea tracer sea drenada por gravedad a la trampa.

El único propósito es retener el vapor hasta que su calor latente sea completamente utilizado y luego descargar el condensado y los gases no condensables.

Cuando se hace una derivación de una línea tracer, cada ramal debería ser trampeado ( * ), por separado para mantener un calentamiento uniforme y eficiente, evitando así cortocircuito en el sistema de drenado.



3.5. Piernas Colectoras ( Patas de goteo ).
Un aspecto común en los sistemas de distribución de vapor es la necesidad de tener piernas colectoras a ciertos intervalos en las tuberías, ver figura 3.10.




( * ) Trampear : Es instalar trampas de vapor adecuadas para esta aplicación.

FIGURA 3.10 PIERNA COLECTORA




3.5.1 Función.
Sus funciones principales son:



  • Dejar que el condensado sea drenado por gravedad del vapor fluyendo a alta velocidad.




  • Colectar el condensado hasta que la presión diferencial sea suficiente para descargarlo a través de una trampa de vapor.


3.5.2 Dimensionamiento de Piernas Colectoras.

Una pierna colectora es un elemento que sirve principalmente para extraer condensado que se forma en el trayecto debido a la ausencia o mal dimensionamiento de aislamiento en las tuberías ya sean estas principales o secundarias, lo cual provoca que parte de su calor latente sea cedido al medio ambiente.

Para un correcto dimensionamiento de una pierna colectora se debe tomar en cuenta el diámetro de la tubería principal para lo cuál nos valemos del uso de una tabla (11), en la que se especifica el diámetro y longitud de la pierna colectora, ver tabla 11 y figura 3.11.


TABLA 11



DIMENSIONES RECOMENDADAS PARA PIERNAS COLECTORAS EN TUBERÍAS PRINCIPALES Y RAMALES







FIGURA 3.11 DIMENSIONAMIENTO PARA LAS PIERNAS COLECTORAS


3.5.3 Instalación.

La instalación de las piernas colectoras y trampas deben estar ubicadas a niveles bajos o puntos de drenaje natural, además en la pierna colectora su punto de drenaje de condensado debe estar a un costado, dejando libre la parte inferior; donde su utilización es también un factor importante ya que servirá como colector de suciedades .

Este colector o también denominado bolsillo de suciedad debe tener instalado una purga manual, utilizando una válvula.

Una pierna colectora debe ser instalada :




  • Antes de elevaciones, ver figura 3.12 (a).

  • Al final de tuberías.

  • Antes de juntas de expansión o curvaturas.

  • Antes de válvulas o reguladores, ver figura 3.12 (b).

Se deben de instalar piernas colectoras y trampas aún cuando no se tengan puntos de drenaje natural. Las piernas colectoras deben instalarse normalmente a intervalos de 75 m, pero no más de 100 m.





FIGURA 3.12 INSTALACION DE PIERNAS COLECTORAS ANTES DE ELEVACIONES (a), Y ANTES DE VÁLVULAS

REGULADORAS (b)
3.6. Separadores de Vapor.

Los separadores de vapor al igual que las piernas colectoras se constituyen también en elementos que existen para extraer condensado.

Básicamente los separadores de vapor estan diseñados para extraer cualquier particula de condensado que se forma y que es arrastrada hacia los centros de consumos a lo largo de los sistemas de distribución de vapor.

Es importante que en una instalación donde se utiliza maquinaria sensible a la presencia de vapor húmedo ,como es el caso de las turbinas de vapor, con la utilización de separadores de vapor se garantizaria en gran medida que solo sea alimentado vapor seco, protegiendo así las paletas de la turbina de cuantiosos daños ocasionados por la erosión.



La eficiencia de un separador corresponde a una medida del peso de agua separada en proporción al peso total del agua acarreada en la tubería.

3.6.1 INSTALACIÓN
Los separadores son usualmente instalados antes del equipo donde es particularmente necesario que se tenga vapor seco, también son típicos en tuberías de vapor secundario, debido a que por su misma naturaleza tiene un gran porcentaje de condensado que debe ser separado, ver figura 3.13.



FIGURA 3.13 INSTALACIÓN TIPICA DE UN SEPARADOR DE VAPOR





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