Cálculo de costo de tonelada de vapor flash

El vapor flash, generado por un sistema de alta presión, puede ser reutilizado por un sistema de menor presión. Los resultados se reflejarán en ahorros energéticos considerables y en un  ambiente confortable, al reducir las nubes de vapor.

Por  Ángel de León Ramírez.

El término vapor flash se utiliza tradicionalmente para describir al vapor que sale de las ventilas de condensado y de las líneas de descarga de condensado (abiertas de trampas de vapor).

Entonces, cómo se puede formar vapor de agua sin la adición de calor. El vapor flash se produce cada vez que se permite que el agua, a alta presión y a una temperatura superior a la temperatura de saturación del líquido de baja presión, caiga a una presión más baja.

Por el contrario, si la temperatura del agua a alta presión es inferior a la de saturación (a la presión más baja), el vapor flash no se puede formar; en el caso de condensado, pasa a través de una trampa de vapor, y, por lo general, la temperatura ascendente es lo suficientemente alta para formar el vapor  flash.

El cálculo
Considere la posibilidad de un kilogramo de condensado a 5 bar g y una temperatura de saturación de 159°C que pasa a través de una trampa de vapor a una presión más baja de 0 bar g. La cantidad de energía en un kilogramo de condensado a la temperatura de saturación a 5 bar g es 671 KJ.

De acuerdo con Antoine Lavoisier y su primera ley de la termodinámica, la cantidad de energía contenida en el fluido en el lado de baja presión de la trampa de vapor debe ser igual que en el lado de alta presión, que constituye el principio de conservación de la energía.

En consecuencia, el calor contenido en 1 kilogramo de líquido de baja presión también es 671 KJ. Sin embargo, el agua a 0 bar g sólo es capaz de contener 419 KJ de calor; posteriormente, parece que hay un desequilibrio de calor en el lado de baja presión de 671 a 419 = 252 kJ que, en términos del agua, podría considerarse como el exceso de calor. Este exceso reduce algo del condensado, en lo que se conoce como el vapor flash, y el proceso de ebullición se llama flashing. Por lo tanto, el kilogramo de condensado que existía como 1 kg de agua líquida en el lado de alta presión de la trampa de vapor, ahora parcialmente existe como agua y vapor en el lado de baja presión.

La cantidad de vapor de expansión producida en la presión final (P2) se puede determinar utilizando la ecuación:

flash=( hf at P1)-(hf at P2)/ hf gat P2

Dónde:
P1= Presión inicial
P2= Presión final
Hf= Entalpía de líquido (KJ/Kg)
Hfg= Entalpía de vaporización

Ejemplo 1.1
En el caso en que la temperatura del condensado de alta presión sea más alta que la temperatura de saturación de baja presión:

Considere una cantidad de agua a una presión de 5 bar g que contiene 671 kJ/kg de energía térmica a su temperatura de saturación de 159°C.

Si la presión se redujo, entonces, hasta la presión atmosférica (0 bar g), el agua sólo puede existir a 100°C y contener 419 kJ/kg de energía calorífica.

Esta diferencia de 671-419=252 kJ/kg de energía térmica, entonces, producirá vapor flash a presión atmosférica.

Por lo tanto:

•     Vapor flash producido:
671−419 / 2257

•    Total vapor flash:
0.112kg vapor/kg agua (u 11.2%)

La proporción de vapor flash producida puede ser pensado como la relación entre el exceso de energía a la entalpía de evaporación a la presión final.

I2 Tanque de vapor flashEjemplo 1.2
El caso en el que la temperatura del condensado de alta presión sea más baja que la temperatura de saturación de baja presión:

Considere la misma condición que en el ejemplo 1.1, con la excepción de que la temperatura del condensado de alta presión está a 90°C, es decir, subenfriado por debajo de la temperatura de saturación de la atmósfera de 100°C.

NOTA: No es usualmente práctico para una gran caída de temperatura de este condensado a partir de su temperatura de saturación (en este caso 159°C a 90°C), sino que se utiliza simplemente para ilustrar el punto donde el vapor flash no está producido bajo tales circunstancias.

En este caso, la tabla de agua subsaturada mostrará que la entalpía de líquido de un kilogramo de condensado a 5 bar g y 90°C es 377 kJ. Como esta entalpía es menor que la entalpía de 1 kilogramo de agua saturado a presión atmosférica (419 kJ), no hay exceso de calor disponible para producir vapor de expansión. El condensado simplemente pasa a través de la trampa y permanece en un estado líquido a la misma temperatura, pero a una presión más baja la presión atmosférica en este caso.

La presión del vapor de agua a 90°C es de 0.7 bar absolutos. La presión más baja del condensado debio haber sido menos que esto: se habrá producido vapor flash.

Principio de conservación de la energía y masa entre dos estados de proceso
Ambos principios permiten el fenómeno de vapor flash para ser pensado desde una dirección diferente. Tenga en cuenta las condiciones del ejemplo 1.1:

I11 kg de condensado a 5 bar g y 159 ° C produce 0.112 kg de vapor flash a presión atmosférica (imagen 1)

Costo de tonelada de vapor = C + Cs H2O x 1000 x Costo de combustible x Factor de rendimiento de la caldera / PCI

EJEMPLO
Datos:

  • Presión de la caldera: 8 bar
  • Eficiencia de la caldera: 85%
  • Temperatura de agua de alimen   tación: 80ºC
  • Costo del combustible: $3.03 / Kg
  • Flujo de la caldera: 3 000 Kg/h
  • Costo Ton. Vapor = ( 662,0 – 80) x
  • 1000 x 3.03 x 1.18/ 9.800= $ 212.33
  • 1 Kg condensado 159°C
  • Entalpía 671KJ

Si tenemos un flujo de vapor de 3 mil Kg/hr a la atmosfera, y basándonos en el ejemplo 1.1 que nos dice que la generación de vapor flash es de 0.112kg vapor/kg agua (u 11.2%).

3000 Kg/hr        100%

X                      11.2%

Por lo tanto la generación de vapor flash equivale a 336 Kg/hr. Y, la estimación a un año es de:

(336 kg/hr) (24 hr) (30 dias) (12 meses) / 1000 = 2903.04 Ton. /año

Esa cantidad de toneladas por el costo de la tonelada de vapor, que se calculó de 212.33, nos arroja un ahorro de 616 mil 402.48 pesos al año.
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Ángel de León Ramírez
Actualmente se desempeña como gerente técnico de Proyectos en Lago Negro Inmobiliaria y Mantenimiento S.A. de C.V, empresa dedicada a ofrecer servicios y soluciones para el ahorro de energía de vapor y calderas, entre otros.

One comment

  1. Muy buen documento. M despejo varias dudas

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