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.

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:

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.

• 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.

Tabla 1. Lista de material.

Tabla 2. Lista de reactivos.

Tabla 3 . resutados experimentales.

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

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.

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.

• 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.

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.

Tabla 4. Variables Físico - químicas

[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