Carga de condensado en sistemas de calefacción por vapor

Resumen

En sistemas calentados por vapor, la carga de condensado representa la masa de vapor que debe suministrarse (y posteriormente condensarse) para cumplir con un requisito de calentamiento de proceso. Dos escenarios fundamentales surgen en la práctica:

• Transferencia de calor a través de una superficie — el vapor se condensa en un lado de un intercambiador de calor, transfiriendo energía a un fluido o gas en el otro lado.
• Calentamiento de un lote de material — la energía del vapor eleva la temperatura de un producto desde un estado inicial hasta un estado objetivo.

En ambos casos, la carga de condensado requerida se determina dividiendo la demanda total de calor por el calor latente del suministro de vapor.

Fórmulas Clave

Transferencia de Calor a través de un Área

$Q = U \cdot A \cdot \Delta t$

Calor total transferido a través de una superficie de área $A$, con coeficiente de transferencia de calor global $U$ y diferencia de temperatura media $\Delta t$ entre el vapor y el fluido secundario.

Calentamiento de un Material (Lote)

$Q = m \cdot c_p \cdot (t_2 - t_1)$

Calor total necesario para elevar una masa $m$ de material (calor específico $c_p$) desde la temperatura $t_1$ hasta $t_2$.

Carga de Condensado

Una vez que el calor total $Q$ y el tiempo de proceso $h$ son conocidos, la tasa de calor y el flujo másico de condensado se derivan directamente:

$\dot{Q} = \frac{Q}{h}$

$\dot{m}_{cond} = \frac{\dot{Q}}{L}$

donde $L$ es el calor latente de condensación para la presión de suministro de vapor y $h$ es el tiempo de calentamiento disponible.

Variables

Datos de Referencia

Calor Latente de Vapor Saturado

Coeficientes de Transferencia de Calor Globales Típicos (U)

Calculadora

Carga de condensado por calentamiento superficial

Carga de condensado de calentamiento por lotes

Convertidor de unidades

Tablas de fuente original restauradas

Las siguientes tablas se restauran de la página fuente original para preservar los datos de referencia completos.

Notas de ingeniería

• Las cargas de arranque dominan. Calentar equipos y tuberías frías desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de operación puede requerir varias veces la tasa de condensado en estado estacionario. Dimensionar las líneas principales de vapor y las trampas en consecuencia.
• Vapor flash. Cuando el condensado de alta presión se descarga a un recipiente de menor presión, una parte se vuelve a evaporar como vapor flash. La recuperación de vapor flash puede precalentar el agua de alimentación y reducir la carga total de la caldera.
• Aire y gases no condensables. Incluso concentraciones pequeñas de aire reducen drásticamente el valor U efectivo. Instalar purgadores de aire en superficies calentadas por vapor y asegurar el dimensionamiento adecuado de las ventilaciones durante el arranque.
• Factores de incrustación. Los valores U en la tabla anterior representan condiciones limpias. Agregar resistencias de incrustación (típicamente 0.0001–0.0003 m²·K/W por superficie) al dimensionar intercambiadores para intervalos de servicio largos.
• Dimensionamiento de trampas. Las trampas de vapor deben dimensionarse para al menos la carga máxima de condensado, incluyendo márgenes de arranque, típicamente 1.5–3 veces la carga normal de operación.
• Dependencia de la presión en el calor latente. Usar siempre el calor latente correspondiente a la presión de suministro real. A presiones más altas, el calor latente disminuye, por lo que se necesita un mayor flujo másico de vapor para la misma carga térmica.

Referencias

• Fuente Original — Engineering ToolBox