Purgador de vapor: Consideraciones durante la eliminación condensado

Para continuar con el ejemplo de selección de un purgador de vapor para eliminación de condensado, ha llegado el momento de considerar el proveedor «Y». Para que el fabricante dimensione la superficie de calentamiento que mejor se ajuste a la condición de diseño, es necesario encontrar la superficie de calentamiento mínima capaz de satisfacer la carga máxima de funcionamiento.

Primero, es necesario determinar la LMTD nominal para el intercambiador de calor con una presión del espacio vapor de 4 bar r (TS = 152 °C), de la ecuación:

Usando la siguiente ecuación, ahora es posible determinar la superficie de calentamiento mínima para la potencia nominal de 293 kW:

De su gama estándar, el proveedor «Y» puede suministrar un intercambiador de calor de placas que cumpla la especificación con una superficie de calentamiento de 1,198 m2. Es un valor sobredimensionado (aproximadamente un 5 %) y, por lo tanto, la presión del vapor será inferior a 4 bar r en la condición de funcionamiento de carga máxima.

En la práctica, es probable que intercambiadores de calor se especifiquen con una sobrecapacidad de al menos un 10 %. Por esta razón, debe establecerse siempre la presión de vapor de funcionamiento (no la presión de trabajo normal indicada) antes de seleccionar y dimensionar el dispositivo de purga de vapor.

Un fabricante reputado debe estar dispuesto a suministrar esta información o, al menos, la superficie de calentamiento, el valor «U» y la potencia calorífica. A partir de estos datos, es posible calcular la LMTD nominal, con la que puede averiguarse la presión de funcionamiento.

Calcular la LMTD para el intercambiador de calor con una superficie de calentamiento de 1,198 m2:

Ahora puede calcularse la temperatura de vapor de funcionamiento a plena carga usando la siguiente ecuación:

Esta temperatura de saturación es equivalente a una presión de vapor de 3,4 bar r en la condición de diseño. Como esta presión es superior a la contrapresión constante de 0,5 bar r, el sistema no presentará interrupción del flujo a plena carga.

¿Cuál es el caudal de vapor (ms) a plena carga?

El caudal másico de vapor dependerá de la presión del espacio vapor, que es 3,4 bar r a plena carga, con una entalpía de evaporación de 2.122 kJ/kg, de la siguiente ecuación:

¿Qué es la TDC? 

Ahora es necesario averiguar la carga de calor a la que el sistema mostrará interrupción del flujo. Para ello, es necesario calcular la TDC para este intercambiador de calor a partir de las condiciones de diseño, de la siguiente ecuación:

La condición de interrupción del flujo 

Con interrupción del flujo, la presión en el espacio vapor será igual a la contrapresión de 0,5 bar r. La temperatura de saturación del vapor a 0,5 bar r es 111,6 °C. A partir de la siguiente ecuación es posible calcular la temperatura de entrada:

¿Cuál es la carga de calor en el momento de la interrupción del flujo? 

A partir de la siguiente ecuación de tasa de transferencia de calor:

Como la carga mínima es mayor que la carga de interrupción del flujo, el sistema no sufrirá interrupción del flujo. Por lo tanto, es viable instalar un purgador de vapor de boya cerrada, ya que siempre habrá una presión diferencial positiva a través del mismo. 

No obstante, el purgador de vapor de boya cerrada debe dimensionarse para satisfacer tanto la carga máxima como la carga mínima, de modo que es necesario calcular los caudales de vapor y las presiones del espacio vapor correspondientes en ambas condiciones. 

Primero, es necesario calcular la temperatura de entrada del secundario a la carga mínima. Puede predecirse mediante la siguiente ecuación:

La condición de carga mínima, de la siguiente ecuación:

Esta es la temperatura del vapor a la carga mínima de 176 kW, y es equivalente a una presión de vapor de 1,0 bar r. La presión del condensado es 0,5 bar r. Por lo tanto, la presión diferencial a través del purgador de vapor de boya cerrada a la carga mínima es 1,0 bar r – 0,5 bar r = 0,5 bar.

¿Cuál es el caudal de vapor ( s(min)) a la carga de calor mínima de 176 kW? 

El caudal de vapor mínimo dependerá de la presión del espacio vapor, que es 1,0 bar r con una entalpía de evaporación de 2201,1 kJ/kg, de la siguiente ecuación:

Como se ha establecido que este sistema no sufrirá interrupción del flujo, un purgador de vapor de boya cerrada sería adecuado. Ahora es necesario dimensionar un purgador de vapor de boya cerrada para funcionar hasta la presión diferencial máxima del sistema de 3,5 bar:

1. La carga máxima de 498 kg/h con una presión diferencial de 3,4 bar r – 0,5 bar r = 2,9 bar r. 
2. La carga mínima de 288 kg/h con una presión diferencial de 1,0 bar r – 0,5 bar r = 0,5 bar r. 

Puede verse en la tabla de dimensionamiento de purgadores de vapor de boya en la siguiente gráfica, que un FT14-4.5 de DN25 (1”) cumplirá ambas condiciones y puede seleccionarse. Sin embargo, si la carga de calor mínima fuera inferior a la carga de interrupción del flujo, sería necesario seleccionar una bomba-purgador.

Los métodos para la selección de dispositivos de purga se detallan a partir del artículo método gráfico de interrupción de flujo en sistemas de vapor. Te invitamos a conocer los tipos de purgadores de vapor para eliminar condensado, así como también a suscribirte al Newsletter de Vapor para La Industria, un recurso que te servirá para recibir más contenido sobre las nuevas tendencias del vapor industrial.