E) TUBERÍAS DE VAPOR
DE ALTA PRESIÓN
Muchos
sistemas de vapor en grandes edificios industriales usan una alta presión de
vapor (100 a 1000 kPa). Estos sistemas usualmente tienen calentadores de unidad
o grandes ventiladores con serpentines de calentamiento por ráfagas.. Las altas
temperaturas están controladas por una válvula termostática de estrangulación o
por una trampilla en bypass controlada por la temperatura del aire de la
habitación, entrada del ventilador o salida del ventilador.
F) SISTEMAS DE CONDENSADO DE VAPOR
La mayoría de los sistemas de
vapor en aplicaciones de calentamiento son sistemas de dos tuberías, en las
cuales dos tuberías son tuberías de vapor y una de condensado. Discutimos a
continuación la forma de dimensionar las líneas de condensado en sistemas de
dos tuberías.
Sistemas
de dos tuberías
Cuando se usa vapor para calentar
líquido a 102 ºC o menos (ej. en los intercambiadores de calor de agua
domésticos, convertidores de calor de agua domésticos, o serpentines de
calentamiento de aire), los dispositivos usualmente se proporcionan con
válvulas de control de vapor. Cuando la válvula de control estrangula, la presión
absoluta en el dispositivo de carga decrece, eliminando toda la motivación de
presión para el caudal en el sistema de retorno de condensado. Para asegurar el
caudal del condensado de vapor desde el dispositivo de carga a través de la
trampa en el sistema de retorno, es necesario proporcionar un interruptor de
vacó en el dispositivo al lado de la trampa. Esto asegura una presión mínima en
la entrada de la trampa de la presión atmosférica. Para asegurar el caudal en
la trampa, es necesario diseñar un sistema de condensado de forma que nunca
tengamos una presión por encima de la atmosférica en la línea de retorno de
condensado.
Sistemas
de retorno (abierto) venteados. Para alcanzar estos requerimientos
de presión, la línea de retorno del condensado usualmente se ventea a la
atmósfera (1) cerca del punto de entrada del chorro de fluido desde las trampas
de carga, (2) en proximidad a todas las conexiones desde las drip traps, y (3)
a las bombas de transferencia o receptores de agua de alimentación.
Con este diseño, la única
motivación para que el caudal en el sistema de retorno es la gravedad. Las
líneas de retorno que están por debajo del nivel del líquido en el receptor aguas
abajo o calderas y se rellenan con líquidos que se llaman retornos húmedos. Los
que están por encima del nivel del líquido tienen tanto gas como líquido en las
tuberías y se denominan retorno seco.
Las líneas de retorno seco en un
sistema de retorno venteado tienen líquido fluyendo en el fondo de la línea y
gas o vapor en la parte superior. El líquido es el condensado, y el gas puede
ser vapor, aire, o una mezcla de los dos. El fenómeno del caudal para estos
sistemas de retorno secos es el caudal en canal abierto que se describe por la
ecuación de Manning:
Donde:
Q = Caudal volumétrico, m3/s
A = Área transversal del conducto, m2
r = Radio hidráulico del conducto, m
n = coeficiente de rugosidad (usualmente 0,012)
S =Pendiente del conducto
Sistemas
de retorno (cerrado) no venteadas. Para los sistemas en los que hay
una diferencia de presión continua entre el punto donde el condensado entra en
la línea y el punto donde la deja, cuando sea aplicable, puede ser usado para
dimensionar las líneas de condensado. Los valores para dimensionar las líneas
están tabulados (ASHRAE).
Cuando entra el condensado
saturado a presiones por encima de la presión del sistema, parte del líquido se
vaporiza a vapor. Esto ocurre típicamente en drip traps en un sistema de
retorno venteado o en trampas de carga dejando que los dispositivos de carga
del proceso que no están controlados por válvula y típicamente no tienen
sub-enfriamiento. Si el retorno principal se venta, las líneas de venteo
liberarán cualquier presión excesiva y previenen un fenómeno de contra-presión
que puede restringir el caudal a través de la trampas desde cargas con
válvulas.
Sistemas
de una tubería
Los sistemas venteados de aire de
una tubería por gravedad en el que el vapor y el condensado fluyen en la misma
tubería, frecuentemente en direcciones opuestas, se consideran obsoletas y no
se están instalando.
G) TUBERÍAS DE GAS
Las tuberías en los aparatos de
gas deben tener el tamaño adecuado y ser instaladas de forma que proporcionen
un suministro de gas suficiente para cumplir la máxima demanda sin pérdidas
indebidas de presión entre el punto de suministro (contador) y los aparatos. El
tamaño de la tubería de gas requerido depende de (1) máximo consumo de gas
proporcionado, (2) longitud de tubería y número de accesorios, (3) pérdida de
presión permitida desde la salida del contador al aparato, y (4) densidad del
gas.
Un insuficiente caudal de gas con
pérdidas de presión excesivas en la línea de suministro de gas puede causar una
operación ineficiente en los aparatos de gas y a veces crear operaciones
peligrosas. Los aparatos de gas normalmente están equipados con placas de datos
que dan información sobre los máximos requerimientos de caudal o entradas así
como los requerimientos de presión del gas de entrada.
Las capacidades para presiones
inferiores a 10 kPa pueden ser determinadas por la siguiente ecuación de
NFPA/IAS National Fuel Gas Code:
Donde:
Q = Caudal a 15 ºC y 101
kPa, L/s
d = Diámetro interior de
tuberías, mm
∆p = Caída de presión, Pa
C = Factor de viscosidad,
densidad y temperatura
s = ratio de densidad del
gas respecto a la densidad del aire a 15 ºC y 101 kPa
µ = viscosidad del gas, µPa s (12 para el gas natural, 8 para el
propano)
L = Longitud de la tubería, m
El servicio de gas en los
edificios se reparte generalmente en el rango de “baja presión” de 1,7 kPa. La
caída de presión máxima en los sistemas de tuberías a esta presión es
generalmente 125 Pa pero está sujeta a regulaciones locales.
Donde se requieren grandes
cantidades de gas o donde se usan longitudes largas de tuberías, tienen lugar
limitaciones de baja presión en los tamaños de tuberías largas. Los códigos
locales permiten que las compañías de gas repartan a presiones más altas (ej.
15, 35, o 70 kPa). Bajo estas condiciones, se permite una caída de presión del
10 %, y pueden reducirse significativamente los tamaños de las tuberías. Los
reguladores de presión del gas en los aparatos son especificados para acomodar
presiones de entrada más altas (ver NFPA/IAS
National Fuel Gas Code).
H) TUBERÍAS PARA TRANSPORTAR HIDROCARBUROS
Las tuberías usadas para
transportar combustibles a diferentes aparatos deben ser lo bastante grandes
como para mantener una presión de succión baja y, en el caso de sistemas de
bucle, se previene sobrepresión en la admisión de la bomba del quemador. Los materiales
de tuberías deben ser compatibles con el combustible y deben ensamblarse
cuidadosamente para eliminar todas las pérdidas. Las pérdidas en las líneas de
succión causan problemas de bombeo que originan problemas de bombeo que dan
como resultado operaciones no fiables del quemador. También se genera un riesgo
de incendio debido a las pérdidas. Los accesorios y tuberías de fundición o
aluminio no son aceptables. Los compuestos de unión en las tuberías deben
seleccionarse cuidadosamente.
Las líneas de succión de las
bombas deben dimensionarse de acuerdo con las condiciones de caudal máximas
previstas. El vacío no excederá 34 kPa para los combustibles de grado de
destilado y 50 kPa para los combustibles residuales.
En los ensamblajes de tuberías
largas, deben tomarse precauciones para evitar bolsas de aire. En los bucles de
circulación aéreos, la línea venteará el aire en todos los puntos altos. Los
bucles para suministro de combustible para uno o más quemadores deben ser del
tipo circulante, con el exceso de combustible retornado al tanque de
combustible. Pueden usarse bucles presurizados con extremos muertos, pero el
aire o vapor venteado es más problemático.
Donde se usan válvulas, se
seleccionarán de bolas o válvulas de compuerta. No se recomiendan válvulas de globo
debido a sus características de caídas de presión altas.
Las tuberías con combustibles
deben probarse después de la instalación, particularmente si quedan enterradas
o inaccesibles. Si no se realizan estos ensayos habrá problemas de operación.
Una línea de succión puede probarse hidrostáticamente a 1,5 veces su presión de
operación o a un vacío no menor de 70 kPa. Los ensayos de presión o vacío
continuarán al menos durante 60 minutos.
Bibliografía
·
ASHRAE. Fundamentals 2009
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