Ejemplo de selección de purgadores para eliminación de condensado

Este es el primero de una serie de dos artículos en los cuales mostraremos un ejemplo de selección de purgadores para eliminación de condensado. Para comenzar, una fábrica necesita un intercambiador de calor de vapor/agua que funcione a 4 bar r nominales para calentar el agua de proceso que circula a 1 litro/s (1 kg/s) de 10 °C a 80 °C, con una carga de diseño de 293 kW.

El proceso es tal que la carga de calor mínima se produce al 60 % de la carga de calor máxima. Es una línea de proceso en funcionamiento continuo sin aumentos de carga futuros. Se solicita a dos proveedores que suministren un intercambiador de calor. La información siguiente es importante para la selección:

• El proveedor «X» puede suministrar un intercambiador de calor con una superficie de calentamiento de 2 m2, un valor «U» de 2 500 W/m2 °C y 350 kW de potencia funcionando con vapor a 4 bar r y un caudal de agua de 1 litro/s.
• El proveedor «Y» puede suministrar un intercambiador de calor con una superficie de calentamiento menor, más apropiada para la carga de calor de diseño de 293 kW, funcionando con vapor a 4 bar r y un caudal de agua de 1 litro/s. El valor «U» es 2 500 W/m2 °C.
  
• La línea de condensado del intercambiador de calor ascenderá 5 metros hasta una tubería de retorno de condensado que va a un receptor atmosférico, con una contrapresión total de 0,5 bar r.
  

Una columna de agua de un metro a presión atmosférica ejercerá una presión en la parte inferior de la columna de aproximadamente 10 kPa o 0,1 bar r. Así, cualquier elevación en la línea de descarga del condensado ejercerá una elevación estática debido a la columna de condensado que contiene la línea, además de la presión en el sistema de condensado.

Es necesario determinar las condiciones de funcionamiento del sistema para la correcta selección de purgadores para eliminación de condensado de ambos intercambiadores de calor en cualquier condición de carga operativa.

Debe responderse a las siguientes preguntas para eliminar correctamente el condensado:

• (A) ¿Se producirá interrupción del flujo durante el funcionamiento normal?
• (B) ¿A qué carga se producirá la interrupción del flujo?

Comprobar la carga de calor de la aplicación a la condición de diseño. A partir de la siguiente ecuación de tasa de transferencia de calor:

• Considerar el proveedor «X»: Un intercambiador de calor de 350 kW con una superficie de calentamiento de 2 m2.
• ¿Cuál será la presión del espacio vapor en este calentador con esta carga térmica de diseño? Primero es necesario determinar la LMTD (∆TLM) para una superficie de calentamiento de 2 m2. Ahora, veamos la siguiente ecuación:

Una vez realizada, ahora es posible calcular la temperatura de diseño del vapor usando la ecuación que mostramos a continuación:

Esta temperatura de saturación equivale a una presión de vapor de 0,45 bar r. Esta presión es inferior a la contrapresión de 0,5 bar r y el sistema sufrirá interrupción del flujo permanente. En este caso, si se instalara un purgador de vapor de boya cerrada, el condensado inundaría continuamente el intercambiador de calor modulando su nivel en relación con los cambios de carga.

El rendimiento operativo podría ser insatisfactorio, ya que la temperatura de salida del secundario tendería a fluctuar y el intercambiador de calor podría fallar prematuramente a causa de la corrosión.

Si el sistema funciona continuamente en condición de interrupción en intercambiadores de vapor, un purgador de vapor de boya cerrada no sería la elección correcta para esta aplicación y debería instalarse una bomba-purgador.

En el próximo artículo consideraremos el proveedor «Y» para seguir con el ejemplo de selección de purgadores para eliminación de condensado. Por ahora, te invitamos a conocer los tipos de purgadores de vapor para eliminar condensado, así como también a suscríbete al Newsletter de Vapor para La Industria, un recurso que te servirá para recibir más contenido sobre las nuevas tendencias del vapor industrial, con artículos como los 6 aspectos clave en el diseño de intercambiadores de placas para vapor.