Caldera de vapor

Química industrial. Vapor. Medio ambiente. Reactivos. Material. Cálculos

  • Enviado por: Now Vivalavita
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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PRÁCTICA - N 02

FUNCIONAMIENTO DE LA CALDERA DE VAPOR Y DETERMINACIÓN DEL TÍTULO DEL VAPOR DE SALIDA DE LA CALDERA POR EL MÉTODO DE BORBOTEO.

  • OBJETIVOS

  • Los objetivos de esta práctica son los siguientes:

    - Conocer las operaciones de puesta en marcha y funcionamiento de una caldera de vapor; en este caso de trata de un modelo de tubos verticales cuyo horno trabaja con un quemador de gas-oil.

    - Conocer el funcionamiento del circuito de transporte del vapor, las razones de la reducción de la presión del vapor y el funcionamiento de la válvula de purga de condensados

    - Determinar el cabal másico de vapor con el que trabaja nuestra instalación

    - Determinar el título del condensado de salida de la válvula de purga por el método de borboteo.

  • fundamento

  • La caldera de vapor es un elemento indispensable en la gran mayoría de las Plantas Industriales

    Químicas (además de en otros sectores de la industria). Esto es por las innegables ventajas

    técnicas y económicas que ofrece el vapor de agua como agente de calefacción: desde la

    facilidad de obtención y manejo de la materia prima de partida, el agua (es inocua e

    incombustible), hasta las óptimas propiedades físico-químicas del vapor de agua (el calor latente

    de condensación del vapor de agua es el mayor que se conoce). Dentro del campo de calefacción

    de procesos desde 100 hasta 200 ºC, el vapor de agua no tiene rival.

    El vapor de agua de salida de la caldera es VAPOR SATURADO, es decir, en equilibrio con el

    agua líquida a la presión de trabajo. El vapor saturado es idóneo para calefacción, ya que está

    listo para ceder el calor latente de condensación, licuándose en un serpentín o camisa exterior de

    calefacción de una determinada unidad de proceso.

    El vapor saturado, al avanzar por las tuberías hasta el punto de utilización, sufre pérdidas de

    calor al ambiente que se traducen en una condensación parcial en forma de microscópicas gotas

    de agua que acompañan al vapor, formando una neblina. El resultado es el denominado VAPOR

    HÚMEDO. En realidad, se puede considerar que todo vapor saturado que abandona la caldera

    empieza, en mayor o menor grado, a ser vapor húmedo. La entalpía específica del vapor

    húmedo (y por tanto su capacidad calefactora), disminuyen con el aumento de la fracción

    condensada. Un parámetro muy útil para evaluar la calidad de un vapor es el llamado TÍTULO

    DEL VAPOR. El título del vapor (que se suele simbolizar con una X) es un parámetro

    adimensional que se define por la siguiente fórmula:

    'Caldera de vapor'

    El valor del título está comprendido entre 0 y 1. El valor 1 representa el 100 % de vapor

    gaseoso, y el valor 0 representa el 100 % de agua líquida.

    En el momento en que el vapor húmedo entra en el serpentín del aparato calefactor (donde se

    producirá su condensación, cediendo el calor latente de vaporización), lo interesante a la

    práctica es que su título sea lo más próximo a 1 posible. Para ello se procura calorifugar al

    máximo la instalación de conducción de vapor desde la caldera.

    La separación del vapor condensado (agua líquida a temperatura muy próxima a la de

    condensación a la presión de trabajo) en el serpentín, del resto de vapor aún gaseoso, se verifica

    gracias a la válvula de purga de condensados. En general, el condensado se conduce por una

    tubería hacia el depósito de agua de alimentación a la caldera, cerrando el circuito. A la práctica,

    lo que interesa es que la separación líquido/vapor en la válvula de purga sea lo más próxima al

    100 %, es decir que el condensado tenga un título de 0 (que todo sea agua líquida). No obstante,

    esto no se consigue a la práctica, sino que parte del vapor pasa con el líquido la válvula de

    purga, y el título es superior a 0. Aquí es importante que el valor de X sea lo más próximo a 0

    posible.

    Las instrucciones de operación y mantenimiento preventivo de la caldera (indicadas por la

    documentación del fabricante) deben ser estrictamente seguidas para conseguir la máxima

    duración de las piezas y los instrumentos de ésta, y para trabajar en las máximas condiciones de

    seguridad posible.

  • SEGURidad y MEDIo AMBIENTe.

    • En esta practica no se trabaja con reactivos peligrosos.

    • Hemos de tener en cuenta que corremos el riesgo de sufrir quemaduras al tocar la instalación sin protección adecuada, ya que está a elevada temperatura.

    • Vigilar con el vapor que quema!.

    • Vigilar de no romper el material y trabajar siempre con la bata y las gafas puestas.

  • MATERIAL

  • Tabla 1. Lista de material.

    Cantidad

    Elemento

    Características

    1

    Caldera de vapor

    Lab. ing. química

    1

    Recipiente plástico

    15L

    1

    Báscula o probeta

    1L

    1

    Soporte

    1

    Termómetro

    100ºC

    1

    Cronómetro

    1

    Vaso de precipit.

    600 mL

  • REACTIvoS

  • Tabla 2. Lista de reactivos.

    Producto

    Calidad

    Cantidad

    Agua

    Desmineralizada

    12L

  • PROCEDImiento EXPERIMENTAL

  • resultados

  • Tabla 3 . resutados experimentales.

    Variables

    Valor experimental

    Unidades

    T1

    21

    ºC

    T2

    40

    ºC

    M1

    12

    L

    M2

    13,92

    L

  • cálculos

  • Cálculo del flujo másico de vapor ( W, en Kg/h) de trabajo:

    (13,92 - 12) l 60 min. 1 Kg H2O

    W= ----------------- X --------------- X --------------- = 33,408 Kg/h

    25 min. 1 h 1 l H2O

    Cálculo del título de vapor (X) en la tubería de condensados:

    (M2-12) [ H''1X + h'1(1-X) ] = 12 (T2-T1) + (M2-12) h'2

    1.92 * (649.84 X + 128.05 - 128.05 X) = 12 * 19 + 1.92 * 100.26

    1000.97 X + 245.86 = 228 + 192.50

    1000.97 X = 174.64

    X = 0.174

    Preguntas adicionales

  • Si el vapor de salida de la caldera está a 6 Kg/cm2 absolutos de presión ¿Que ventaja práctica representa someter al vapor a una reducción de presión hasta 2´5 Kg/cm2 absolutos antes de entrar en el serpentín del evaporador?

  • Al realizar esta reducción de presión el vapor se expande manteniendo la temperatura, cosa que hace que el punto de condensación sea menor que a la presión anterior haciendo que si quedaban restos de agua líquida se evaporen y así la fracción de vapor será mas elevada.

  • La utilización, en las instalaciones industriales, de un circuito cerrado en el que el condensado retorna al depósito de agua de alimentación a la caldera es debida a una estrategia de recuperación de energía calorífica contenida en el agua condensada. ¿ Qué problema práctico relacionado con la corrosión puede ocasionar en el circuito esta estrategia? ¿De qué forma se puede solventar?

  • Esta estrategia puede provocar incrustaciones de algunas sales de calcio y magnesio que lleva el agua en las tuberías ya que su solubilidad mengua al aumentar la temperatura del agua. La solución sería hacer entrar en el circuito agua desmineralizada para que no se produjeran estas incrustaciones o en mucho menor rapidez alargando la vida de la instalación.

  • DISCUSIÓn DE RESULTAdoS

    • Podemos observar claramente por los resultados experimentales, que se ha retenido gran cantidad de agua dentro del recipiente donde inicialmente teníamos los 12 litros de agua, en los 25 minutos del experimento.

    • Al hacer pasar el vapor que salía del intercambiador de calor, ha incrementado la masa de agua, aumentando la temperatura del agua. Esto sucede, ya que el agua y el vapor que nos sale por la tubería de condensados, ceden calor al agua del recipiente que está a más baja temperatura, haciendo condensar el vapor y reteniendo el agua que sale caliente de la tubería.

    • El valor del título de vapor en la tubería de condensados es de 0.174, cosa que indica que una gran parte de vapor se ha condensado, cediendo su calor en el intercambiador de calor.

  • CONCLUSIONeS

  • En los 25 minutos que tenemos el circuito de vapor abierto, se observa que el agua que hay en el intercambiador de calor se calienta y llega a ebullición gracias al calor cedido por el vapor que viene de la caldera.

    La fracción de vapor/líquido es muy pequeño, ya que el vapor cede su calor que tiene, pasando a líquido y por las pérdidas de calor del circuito.

    El recipiente en el que teníamos los 12 litros de agua, acaba teniendo 13,92 litros ya que todo el líquido y la mayoría del vapor que sale del circuito queda allí retenido haciendo incrementar la masas de agua y también su temperatura.

  • NOMENCLATURA

  • Tabla 4. Variables Físico - químicas

    Variable

    Magnitud

    Unitats

    W

    Flujo másico vapor

    Kg/h

    M1

    Masa inicial agua

    Kg

    M2

    Masa final agua

    Kg

    T1

    Temperatura inicial

    ºC

    T2

    Temperatura final

    ºC

    H''1

    Entalpía especifica del vapor en las condiciones de condensación

    Kcal/kg

    h'1

    Entalpía específica del líquido en las condiciones de condensación

    Kcal/Kg

    H'2

    Entalpía específica del líquido en las condiciones finales del proceso de condensación

    Kcal/kg

  • BIBLIOGRAFIA

  • Coulson y Richardson, “INGENIERIA QUIMICA. OPERACIONES BÁSICAS” . Ed. Reverté.

  • [2] M.Felder y W.Rousseau, “principios elementales de los procesos químicos” . Ed. Addison Wesley

    Esperar hasta que opere en régimen estacionario

    Abrir la válvula principal de salida de vapor

    Encender la caldera siguiendo las instrucciones del fabricante

    Abrir la llave de paso de la tubería en derivación del circuito de condensados

    Medir la temperatura inicial del agua del recipiente

    Preparar un recipiente de 15 L y vertir 12 l de agua descalcificada

    Recoger el condensado en un espacio de 25 minutos

    Poner en marcha el cronometro

    Cerrar la llave de paso de la tubería principal del circuito de condensados

    Deconectar el quemador siguiendo los pasos de paro de la caldera

    Medir la temperatura del recipiente y pesarlo

    Abrir la llave de la tubería principal y cerrar la del circuito de derivación