Dimensionamiento de tuberías de condensado de vapor

Resumen

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El dimensionado de tuberías de condensado de vapor garantiza que el condensado líquido regrese de forma segura desde el equipo de proceso a la sala de calderas o al receptor. Las líneas de diámetro insuficiente causan contrapresión, golpe de ariete y equipos inundados; las líneas sobredimensionadas añaden un costo innecesario. El diseño debe tener en cuenta el caudal másico de condensado, la generación de vapor flash, la fricción en la tubería, la expansión térmica y el levante vertical.

Fórmulas Clave

Caudal Másico de Condensado

$\dot{m} = \frac{\dot{Q}}{h_{fg}}$

La carga térmica dividida por el calor latente de vaporización da la masa de condensado producida.

Caída de Presión Darcy–Weisbach

$\Delta P = f \frac{L}{D} \frac{\rho v^2}{2}$

Caída de presión por fricción a lo largo de un tramo recto de tubería.

Área de Sección Transversal

$A = \frac{\pi D^2}{4}$

Continuidad

$\dot{m} = \rho \, A \, v$

Fracción de Vapor Flash

$x_{flash} = \frac{h_{f,1} - h_{f,2}}{h_{fg,2}}$

Donde $h_{f,1}$ es la entalpía del líquido a la presión aguas arriba (alta) y $h_{f,2}$, $h_{fg,2}$ se evalúan a la presión aguas abajo (baja).

Variables

Velocidades Recomendadas

Velocidades más altas aumentan el ruido, la erosión y la caída de presión; velocidades más bajas corren el riesgo de acumulación de condensado y golpe de ariete en líneas de vapor.

Dimensionamiento de Tuberías de Condensado — Capacidades

Generación de Vapor Flash

Cuando el condensado de alta presión se descarga a un receptor de menor presión, una porción se convierte en vapor flash. El volumen de vapor flash debe ser acomodado en la línea de retorno de condensado.

Calculadora — Flujo de Condensado a partir de Carga Térmica

Convertidor de Unidades

Notas de Ingeniería

• Retorno por gravedad vs. retorno bombeado. Las líneas de condensado por gravedad están sobredimensionadas en comparación con las líneas bombeadas porque la altura de impulsión disponible es pequeña — a menudo solo la altura estática de la columna de condensado menos las pérdidas por fricción. Mantenga la velocidad por debajo de 0.5 m/s.
• Volumen de vapor flash. Una línea de condensado que transporta vapor flash debe dimensionarse para el volumen combinado de dos fases. El volumen específico del vapor es órdenes de magnitud mayor que el líquido, por lo que incluso un pequeño porcentaje de vaporización por masa puede dominar el área de tubería requerida.
• Golpe de ariete. Las líneas de condensado son susceptibles al golpe de ariete cuando las bolsas de vapor colapsan o cuando el condensado se acelera por cambios repentinos de presión. Incline todas las líneas horizontales hacia abajo en la dirección del flujo (mínimo 1:100) y proporcione piernas de goteo en los puntos bajos.
• Expansión térmica. El acero al carbono se expande aproximadamente 12 mm por cada 100 m de tubería por cada 100 °C de aumento. Las líneas de condensado de vapor operan a alta temperatura — proporcione bucles de expansión, desplazamientos o fuelles a intervalos apropiados.
• Material de tubería. El acero al carbono (Cronograma 40) es estándar para líneas de condensado. El cobre o el acero inoxidable pueden usarse para diámetros más pequeños o donde la calidad del agua es crítica. Evite juntas de metales disímiles sin accesorios aislantes para prevenir la corrosión galvánica.
• Factor de seguridad en la capacidad de la trampa de vapor. Seleccione trampas de vapor con una capacidad 2–3 veces la carga de condensado calculada para manejar picos de arranque y variaciones de presión.
• Aislamiento. Aísle todas las líneas de condensado para reducir la pérdida de calor y proteger al personal de quemaduras. Las líneas de condensado sin aislar también enfrían el condensado, reduciendo la cantidad de vapor flash recuperado y potencialmente causando colapso inducido por vacío en las líneas de retorno.

Referencias

• Fuente Original — Engineering ToolBox