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Vapor para la Industria

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cálculo de consumo de vapor

Métodos de Cálculo de Consumo de Vapor para Plantas Industriales

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junio 22, 2017 por Soporte

Antes de que sea posible el correcto dimensionado de una válvula de control de vapor, sistema de distribución, o incluso una caldera, es necesario saber con la máxima precisión posible la cantidad de vapor requerida y por ello que te presentamos en este post los métodos de cálculo de consumo de vapor para plantas industriales. …

Antes de que sea posible el correcto dimensionado de una válvula de control de vapor, sistema de distribución, o incluso una caldera, es necesario saber con la máxima precisión posible la cantidad de vapor requerida y por ello que te presentamos en este post los métodos de cálculo de consumo de vapor para plantas industriales.

Entendamos primero los tipos de caudales de vapor de calentamiento. Prácticamente todos los caudales de calentamiento pueden clasificarse en dos categorías:

  • Aumento de temperatura – calentamiento de un material desde una temperatura inferior a una temperatura superior.
  • Mantenimiento de temperatura – compensación de las pérdidas de calor para mantener una temperatura fijada.


Normalmente, en la aplicación de un intercambiador de calor es el caso primero, con un producto que entra en el lado secundario del intercambiador a una temperatura dada y lo abandona a una temperatura superior.

Modos de cálculo de consumo de vapor para plantas industriales

El consumo de vapor puede obtenerse de uno de estos tres modos:.

  • Medición
  • Información del fabricante
  • Cálculo


Medición del consumo de vapor


Obviamente, el flujo de vapor no se puede medir en la etapa de diseño de una instalación. La medición del flujo de vapor sólo puede usarse para establecer el caudal de vapor de una instalación existente.

Se dispone de dos métodos de medición; la medición del flujo de vapor dentro del proceso, o la medición del condensado resultante del proceso.

Información del fabricante

Algunas unidades de materiales manufacturados se sirven con información sobre sus prestaciones térmicas.

Estos valores se basarán normalmente en elevar un incremento de temperatura dado, una cantidad indicada de aire o agua, utilizando vapor a una presión específica.

No debe nunca asumirse que los datos del fabricante equivalen al caudal real. Un intercambiador de calor puede estar capacitado para un determinado servicio, pero el caudal real conectado puede ser solamente una fracción de éste, u ocasionalmente puede exceder el valor de diseño.

Cálculo del consumo de vapor

La cantidad de calor que se requiere para producir un incremento de temperatura viene dado por la Fórmula 2a.

 calculo de consumo de vapor

El calor específico de un material es la cantidad de calor que se requiere para elevar 1ºC una unidad de masa (1 kg). En la siguiente tabla se exponen los calores específicos y los pesos específicos de varios líquidos.

calculo de consumo de vapor

Como usualmente se requiere el caudal de vapor, la Fórmula 2b será normalmente de mas utilidad.

calculo de consumo de vapor

Cuando se requiere calor para compensar las pérdidas térmicas, el caudal de vapor se puede calcular con la Fórmula 3a.

calculo de consumo de vapor 3

El coeficiente de transmisión de calor “k”, es un valor que da la velocidad global a la que se espera que el calor viaje desde un medio caliente a un medio mas frío, a través de la barrera que los separa.

Algunos valores típicos de “k”, expresados en W / m2 ºC, para el flujo de calor que sale del vapor, y a través del acero inoxidable llega a varios líquidos en intercambiadores de calor de placas, aparecen en la siguiente tabla.

calculo de consumo de vapor

Estos coeficientes se ven afectados por otros factores y sólo deben tomarse en cuenta como aproximaciones.

El área a la que se refiere la fórmula anterior, es el área sobre la cual tiene lugar esta transferencia de calor. De nuevo, como suele requerirse el caudal de vapor, la Fórmula 3b usualmente será de mayor utilidad.

cálculo de consumo de vapor

Cálculo del caudal de vapor en intercambiadores de calor

Uno de los cálculo de consumo de vapor para plantas industriales más importantes tienen que ver con el caudal de vapor en los intercambiadores de calor.

Cuando se considera el caudal de vapor en un intercambiador de calor, se debe entregar suficiente vapor al lado primario del intercambiador para conseguir el incremento de temperatura requerido en el líquido o gas que pasa a través del lado secundario del intercambiador.

cálculo de consumo de vapor

Usualmente dispondremos del caudal de fluido del secundario y del salto térmico que se requiere para éste. Derivada de la Fórmula 3b, la Fórmula 4 nos proporciona el caudal de vapor necesario cuando el caudal que atraviesa el secundario está expresado en m3/ h.

calculo de consumo de vapor

A veces el calor requerido en una aplicación de intercambio de calor, vendrá expresado como un requerimiento de energía dado en kilovatios (KW) o megavatios (MW).

Un vatio es una unidad de potencia equivalente a 1 julio por segundo (J/s), donde el julio es una unidad básica de energía.

Si los requerimientos de calor vienen expresa- dos en estas unidades, pueden convertirse a caudal de vapor utilizando la Fórmula 5 o la Fórmula 6.

calculo de consumo de vapor

Siempre debe recordarse que incluso si se proporciona la cantidad correcta de vapor, en las mejores condiciones posibles, las condiciones requeridas en el secundario no se alcanzarán si el intercambiador tiene unas dimensiones insuficientes. La capacidad de un intercambiador para alcanzar las condiciones dadas, puede compro- barse utilizando la Fórmula 2a, siempre que la superficie de intercambio de calor y el coeficiente de transmisión de calor sean conocidos.

Muchos ingenieros están interesados en calcular el coste de producir vapor en sus instalaciones, veamos un algunos ejemplos:

Ejemplos de cálculo de consumo de vapor para plantas industriales

Ejemplo 1: Calcular el caudal de vapor en un intercambiador requirido para calentar 15 m3/h de agua desde 20°C a 60°C. La presió n del vapor es de 2 bar r.

calculo de consumo de vapor

Ejemplo 2: Calcular el caudal de vapor que se requiere en un intercambiador para calentar 15 m3/ h de agua desde 20oC a 60oC. La presión del vapor es de 2 bar r.

cálculo de consumo de vapor

Si estas interesado en profundizar sobre los fundamentos en los cálculos de consumo de vapor para plantas industriales

y sobre las oportunidades de mejora que puedes conseguir en tu instalación de vapor te recomendamos descargar el Ebook: Optimización económica y operativa de sistemas de vapor en la industria, donde explicamos a los responsables de plantas industriales, directores de producción, jefes de mantenimiento, ingenieros y técnicos todo lo que necesitan saber sobre la gestión tanto económica como operativa en sistemas de vapor, que les ayude a la toma de decisiones de mejora e inversión más rentables.

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Interacciones con los lectores

Comentarios

  1. Daunarima Renaud

    diciembre 16, 2021 en 10:49 am

    Me pareció excelente la explicación. Los felicito.
    Yo estoy trabajando en un calderín para la esterilización de sustratos para su uso en la agricultura. Obviamente como cualquier principiante, primero hice el calderín y ahora me doy cuenta que necesito mas conocimientos para optimizar el proceso. Me gustaría saber si ustedes pueden prestarnos algún apoyo

    Responder
  2. Luis Ramos

    diciembre 21, 2021 en 4:21 am

    Excelente información amigos de Spirax Sarco
    si pudieran enviarmelo a mi correo se los agradecere.

    Responder
  3. Miguel Nudelman

    abril 16, 2022 en 7:30 pm

    Un trabajo serio, profesional orientado a despejar dudas en esta problematica, sin complicaciones de calculo analitico complejo que resta precioso tiempo del que en verdad rara vez disponemos. Con lo explicado y uso de la «TABLA A4» de la publicacion «Steam_tables_SI.pdf», para obtencion del dato de entalpia +/- , vasta para obtener valores para verificar la viabilidad para encarar retrofit/improvements de instalaciones, sin necesidad de recurrir a consultoras en la etapa de exposicion Kaizen. Infinitas Gracias.

    Responder
  4. Victor Martinez

    mayo 10, 2022 en 9:40 pm

    Excelente expolicación y muy buen detallado

    Ahora tengo una pregunta más sencilla, ¿Existe alguna regla o cálculo sencillo para convertor las unidades de m3/hora de vapor a kg/hr de vapor ?

    De antemano, muchas gracias por su tiempo y asesoría

    Responder
  5. Carlos guzman

    mayo 21, 2022 en 10:47 pm

    Muy interesante y practico , una gran ventaja de contar con las tablas para agilizar los trabajos, agradecido

    Responder
  6. Gabriel Salcedo

    mayo 23, 2022 en 4:29 pm

    Hola, gracias por la explicación.
    Para calcular el caudal de vapor necesario para calentar una masa de aire, estoy hablando de un intercambiador de aire caliente usado para el secado de láminas de yeso, qué formulación puedo usar?
    Saludos,

    Responder
  7. Mauricio Abarca

    septiembre 20, 2022 en 10:33 pm

    Excelente aporte, muchas gracias… solo una inquietud, cual es el apéndice 1 al que se refiere para obtener la entalpia especifica.
    Seria de gran ayuda visualizar u obtener dicho apéndice.

    Gracias y saludos.

    Responder

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