Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

Ejemplo: Dimensionar la tubería de vapor saturado seco hasta el cuadro de regulación de vapor para alimentar un intercambiador de placas, con el cual se debe calentar agua a 55°C para un proceso. Calcular la cantidad de calor perdido por la tubería si no se encuentra aislada y las perdidas de calor si a la misma la aislamos. Calcular el ahorro de combustible.

Datos:Consumo de vapor del intercambiador 1200 Kg/h a 3 barPresión a la salida de caldera 7 bar.Presión a la entrada del CVR 6,6 barDistancia desde caldera a el intercambiador 146 mAccesorios: 6 curvas a 90°, 2 válvulas esclusas.Temperatura ambiente promedio 22 °C

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

%87,4m 30

1% x 146mincrem. %

1260Kg/h% 100

Kg/h 1200 x 104,87% vaporde totalConsumo

Calculo de caudal de Vapor: El intercambiador requiere 1200 Kg/h de vapor saturado seco, pero la cañería debe transportar esta cantidad más el vapor que se condensa debido a las pérdidas de calor.Como el diámetro de la cañería aun no esta determinado y como la tubería deberá estar aislada, se tomará un 1% más de caudal de vapor cada 30m de tubería por pérdidas de calor.Para nuestro caso sería

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

v(m/seg)/h)Q(m 18,88 d

3

mm 65,7 m/seg 25

/hm 303 18,88 d3

Determinación del diámetro de la tubería:

Se adopta una velocidad de 25 m/seg.

Se adopta el diámetro próximo mayor = 80 mm = 3”

Partiendo de la fórmula:

De Tabla N° 8: Vapor a 7 bar v = 0,24 m3/Kg t = 165°C

Q = 0,24 m3/kg x 1260 Kg/h 303 m3/h

Cañerías principales para el transporte de vapor saturado: ----------------- 25 a 35 m/segVelocidades mayores a estas generarían ruido y erosión sobre todo si el vapor está humedo.

Cañerías de derivación desde la cañería principal a los equipos: ---------- 15 m/seg

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

Determinando el diámetro a través de tablas:

De Tabla N° 2: Ingresando con la velocidad adoptada 25 m/seg, la presión de caldera 7 bar y el caudal de vapor necesario se determina el diámetro de la tubería:

Para 7 bar 25 m/seg 1260 Kg/h el diámetro de tubería aproximado es:

80 mm con una capacidad de 1750 Kg/h

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

mm 4 " 0,16 1,125 x "125,012300 x 2

3,5" x Psi 101,5 M x CSE x 2D x P e

Adoptamos un espesor de 5,49 mm SHEDUL 40

Determinación del espesor de la tubería:

Se adopta una tubería de acero al carbono A-53

De Tabla N° 7.3:DN = 3” = 80 mm esp = 5,49 mmDext = 88,9 Dint = 77,92 mmPeso = 11,29 Kg/m

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

Calculo de la longitud equivalente de la tubería:Con el DN adoptado de 3” vamos a la Tabla Resistencia de Accesorios

157,3Long. Equivalente Total

14646Cañería de DN 3”

1,10,53Válvulas esclusas2

10,21,7Curvas a 90°6

Total (m)Long. Equiv. (m)Tipo de AccesorioCantidad

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

LequivP2P1 F

034,057,3

05,5156,38 F

Verificación del diámetro de la tubería por caída de presión:Determinación de factor de presión:

De Tabla N° 8:P1 = 56,38 P2 = 51,05

De Tabla N° 9: Se ingresa con el valor del factor de presión calculado y se encuentra un valor superior 0,04 y un valor inferior 0,03 a este. El valor 0,04 implica una caída de presión inferior a 6,6 bar, por lo tanto debemos elegir el siguiente valor inferior al calculado 0,03.Para F = 0,03 el valor x que cubre el consumo de vapor es x = 1480 Kg/h que corresponde a una tubería de DN = 80 mm.Con esta tubería se cumple con el requisito de capacidad. De esta manera la tubería hallada con el método de la caída de presión corresponde a DN = 80 mm, igual a la hallada con los anteriores métodos.Ahora se debe comprobar si aun nos encontramos dentro de los límites de velocidad requeridos para el vapor. Para obtener esto se prosigue de la siguiente manera:

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

vol.realreal Velocidady

Vr = 83,70 x 0,24 = 20 m/seg

De Tabla N° 9:Con el DN = 80 mm se busca un factor de velocidad para un suministro de vapor próximo a 1260 Kg/h.Se obtiene x = 1367 Kg/h y = 83,70

La velocidad real es más baja que las velocidades máximas permitidas, como la tubería fue calculada para limitar la caída de presión se mantiene esta dimensión DN = 80 mm ya que trabajar con las máximas velocidades produce normalmente una alta caída de presión.

Cálculo de Tuberías para Conducción de Vapor

Dilatación = L x t x

Dilatación = 313 mm

Dilatación de la tubería:Temperatura del vapor a 7 bar = 165 °C

L = 146 m t = 165 °C – 22 °C = 15 x 10-3 mm/m °C

Dilatación = 146 m x 143 °C x 15 x 10-3 mm/m °C