eyectores - Alemansistem

PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
EYECTORES
PDVSA N °
MDP–02–J–01
0
NOV.97
REV.
FECHA
APROB.
E1994
TITULO
EYECTORES
APROBADO
38
DESCRIPCION
FECHA NOV.97
L.R.
PAG. REV.
APROB.
F.C.
APROB. APROB.
FECHA NOV.97
ESPECIALISTAS
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EYECTORES
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1 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
6 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
7 INFORMACION REQUERIDA PARA LA ESPECIFICACION . . . . .
14
8 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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ALCANCE
Este Documento cubre el diseño y los requerimientos de Servicios en eyectores,
con algunos antecedentes pertenecientes a la selección de equipos. Debido a que
la mayoría de las aplicaciones usan vapor de agua como fluido motriz del eyector,
los eyectores con chorro de vapor de agua son cubiertas en mayor detalle.
2
REFERENCIAS
PDVSA
SN–252, MID, Vol. 16
“Control de Ruido en Equipos”ó
OTRAS REFERENCIAS
Gibbs, C.W., ed., “Compressed Air and Gas Data”, Ingersoll Rand Company, 1969.
Scheel, L.F., “Gas and Air Compressor Machinery”, McGraw Hill Book Company,
1961.
Ludwig, E.E., “Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants”,
Vol. III, Gulf Publishing Company, 1994.
Frumerman, R., “Steam Jet Ejectors”, Chemical Engineering, June, 1956.
Power, R.B., “How To Specify, Evaluate and Operate Steam–Jet–Air Ejectors”,
Hydrocarbon Processing and Petroleum Refiner, February 1964, Vol. 43, No. 2, pp.
121 to 126; March 1964, Vol. 43 No. 3, pp. 138 to 142; April 1964, Vol. 43 No. 4,
pp. 149 to 152.
Newman, E.F., “How to Specify Steam–Jet Ejectors”, Chemical Engineering, April
10, 1967, pp. 203 to 208.
“Standards for Steam Jet Ejectors”, Heat Exchange Institute, New York, 1956.
Perry’s Chemical Eng. (Handbook, Seventh Edition, 19977.
Maxwell Data Book on Hydrocarbons, Applications to Process Engineering.
3
ANTECEDENTES
Los eyectores son dispositivos para elevar la presión de líquidos o vapores, los
cuales operan por el arrastre del fluido que se desea bombear por un chorro a alta
velocidad de un fluido motriz, el cual está a mayor presión. (Ver Figura 1 para
observar la sección transversal de un eyector). Los eyectores no tienen partes
movibles, pero son mucho menos eficiente que bombas y compresores mecánicos
y por lo tanto son aplicados solamente donde hay grandes cantidades de vapor
motriz de baja presión o gas comprimido disponible a bajo costo. Debido a que
ellos pueden manejar grandes cantidades de flujo a las bajas presiones
requeridas, éstos son comúnmente usados en torres de destilación al vacío y
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condensadores de superficie de vapor de agua, para comprimir vapores los cuales
no son condensables a las temperaturas disponibles de agua de enfriamiento, a
las presiones que pueden ser condensados o venteados del sistema de vacío.
Los eyectores para condensadores de descarga del vapor de agua de turbinas,
son normalmente diseñados y suplidos por el suplidor del condensador y no
requiere Especificaciones de Diseño detalladas. La información en este
documento puede ser usada para estimados de servicios y para evaluaciones de
sistemas de eyectores diseñados por suplidores de condensadores.
4
DEFINICIONES
Compresor Término (Termocompresor)
Un eyector que opera con presión de succión por encima de la atmosférica, y
usualmente con una relación de compresión menor que 2 (flujo sub–crítico).
Eyectores de Relevo
Eyectores utilizados para las etapas con alto volumen o baja presión de un sistema
de multietapa, hasta un nivel de presión donde los condensadores son efectivos
a la temperatura disponible del agua de enfriamiento.
Relación de Presión
La relación de la máxima presión de descarga, P2, a la presión de entrada del
fluido de arrastre, P1.
Relación de Expansión
La relación de la presión de entrada del fluido motriz Pm, a la presión de entrada
del fluido de arrastre, P1.
Fluido de Arrastre
El fluido de servicio, el cual el eyector comprime. Este término es preferido que
fluido “bombeado” en ingeniería de eyectores.
Relación de Arrastre
La relación de arrastre de pesos moleculares es la relación del flujo másico del gas
arrastrado al flujo másico de aire que podría ser arrastrado por el mismo eyector,
operando bajo las mismas condiciones. La relación de arrastre de temperaturas
es la relación entre el flujo másico de aire o vapor de agua a una temperatura de
20°C (70°F) y el flujo másico de aire o vapor de agua a una temperatura superior
a la cual sería arrastrado por el mismo eyector operando bajo las mismas
condiciones. El Instituto de Transferencia de Calor (ITC) ha establecido el
procedimiento para evaluar el comportamiento de un eyector en la base a +20°C
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(+70°F) de aire equivalente. Las relaciones arriba indicadas son usadas para
relacionar el comportamiento del eyector al estándar de 20°C (70°F) de aire
equivalente. Las pruebas por ITC han producido las curvas de relaciones de
arrastre, las cuales se indican en la Figura 8, para distintos pesos moleculares y
temperaturas de entrada del gas.
Presión de Ruptura
(Punto de Ruptura) en un eyector es la presión a la cual ocurre flujo inestable,
debido a la reducción de la presión del flujo motriz o al aumento de la presión de
descarga.
Presión de Corrección
(Punto de conexión) es la presión a la cual flujo estable se restablece a través del
eyector después de la “ruptura” debido a la conexión de la presión del fluido motriz
o de descarga.
5
CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO
Incentivo para la Aplicación de Eyectores
Los eyectores son alternativas atractivas en ciertos servicios de compresión o
vacío por las siguientes razones:
S
S
S
S
Bajo costo de equipos.
Bajo costo de instalación.
Mayor confiabilidad en servicios severos.
Tolerancia para los líquidos de arrastre, aun con sólidos suspendidos
intermitentemente.
S Daños por corrosión son reparados fácilmente y a un costo relativamente bajo.
S No se requiere sello con prensaestopa.
S Operación simple, no tiene partes movibles.
La desventaja principal de los eyectores es su baja eficiencia (de 1 a 20%), cuando
es comparada con compresores mecánicos. Por lo tanto, ellos son una selección
económica solamente si hay vapor de agua a baja presión o gas comprimido
disponible a bajo costo.
Ver MDP–02–K–03 para comparación de eyectores y compresores mecánicos en
servicios de vacío. Este Documento también contiene un gráfico mostrando el
rango de operación aplicable de eyectores.
Clasificación
Clasificación por Servicio – Los servicios en los cuales los eyectores son
aplicados pueden ser clasificados de la siguiente manera:
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1.
Operación Continua o Intermitente – Máquinas de Procesos y máquinas
auxiliares son continuas, evacuación para el arranque es intermitente.
2.
Fluido Motriz Empleado – Vapor de agua, gas de proceso, aire, líquido.
3.
Líquido de Arrastre (de proceso) – Líquido o vapor.
4.
Condensable o No–Condensable – Los servicios continuos casi siempre
tienen condensadores en el sistema de eyectores; los servicios intermitentes
normalmente no los tienen.
5.
Presión de Entrada Superior o Inferior a la Presión Atmosférica – La
mayoría de los eyectores son aplicados en servicios de vacío; aquellos con
presión de entrada positiva son llamados “termocompresores”
6.
Una sola Etapa o Multietapa – La selección depende de la relación de
presión requerida.
Clasificación por el Tipo de Eyector – El diseño de una unidad de eyectores
puede ser clasificado de la siguiente manera:
1.
Fluido Motriz – Líquido o, vapor o mezcla líquido vapor.
2.
Fluido Arrastrado (de Proceso) – Líquido o vapor.
3.
Flujo Crítico o Subcrítico a través de la garganta difusora
El eyector “vapor–vapor” es el único tipo ampliamente usado en refinerías. Los
otros tipos (vapor–líquido, líquido–vapor, líquido–líquido y vapor–mezcla) son
usados para otras aplicaciones y procesos especiales.
Es importante aclarar que los procedimientos y figuras aquí presentados
corresponden a la aplicación vapor–vapor, por la cual no deben ser usados en el
diseño de los otros tipos de eyectores.
Los eyectores diseñados para relaciones de presión mayores que,o alrededor de
2, tendrán flujo crítico (velocidad sónica) a través de la garganta difusora (Ver
Figura 1). Para relaciones de presión inferiores, flujo sub–crítico (subsónico)
ocurre a través de la garganta difusora, permitiendo un rango significativamente
más amplio de capacidad de control. Los eyectores a flujo crítico son usados en
la vasta mayoría de los servicios de vacío para minimizar el número de etapas. Las
relaciones de presión nominales son usualmente mantenidas entre 6 y 10 para
mejor eficiencia, pero pueden ser tan altas como 20 para servicios intermitentes
con flujo muy bajo. Eyectores a flujo subcrítico son normalmente aplicados con
presiones de entrada superiores a 50 kPa (15 pulg de Hg abs (380 mm de Hg abs.))
y son siempre eyectores de etapa sencilla.
Principios de Operación
El principio esencial que regula (flujo crítico) la operación del eyector es que ese
chorro del fluido a alta velocidad (reducción de presión estática) puede arrastrar
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otro fluido que está en contacto con el, mezclándose los dos fluidos. Una etapa de
un eyector realiza esto con tres partes: una tobera, una cámara de succión y un
difusor. La Figura 1 ilustra las presiones y velocidades relativas en un eyector de
vapor de agua manejando gas. La tobera del vapor de agua (supersónico) permite
la expansión del vapor motriz, el cual se acelera a aproximadamente 1000 m/s
(3000 pie/s). Este chorro a alta velocidad, en contacto con el gas a ser comprimido,
el cual entra a la cámara de succión a aproximadamente 60 m/s (200 pie/s),
arrastra el gas formando una mezcla con alta velocidad y una presión de entrada
P1. La compresión de la mezcla a la presión de descarga, P2, tiene lugar a medida
que la energía de velocidad es convertida en presión, mientras la mezcla se
desacelera a través del difusor. El difusor contiene tres secciones: un difusor
supersónico, una garganta (una sección extendida de diámetro constante, el cual
permite una eficiente y completa transición entre los flujos supersónicos y
subsónico) y un difusor subsónico. La velocidad de salida de la mezcla es
alrededor de 50 m/s (150 pie/s).
Características de Rendimiento
Hay una diferencia definida entre las características de comportamiento de la
operación de un eyector con flujo crítico en la garganta del difusor y aquellos que
operan con flujo subcrítico. El flujo crítico ocurre con relaciones de presión
cercanas o mayores a dos, causando velocidad sónica en la garganta del difusor.
La Figura 2 muestra las curvas de comportamiento típico para eyectores con flujo
crítico y subcrítico. Las Figuras 3 y 4 indican el efecto sobre el comportamiento de
cambios en el peso molecular y la temperatura de entrada del gas para eyectores
con flujo crítico. La siguiente tabla resume el efecto de variar el flujo de vapor de
agua motriz (vía cambios en presión de suministro), presiones de entrada y salida,
y flujo de entrada para ambos tipos de eyectores vapor–vapor.
EFECTOS DEL RENDIMIENTO DE LA PRESION DEL EYECTOR
PARA CAMBIOS EN VARIOS PARAMETROS
Cambio
Efecto sobre el Rendimiento
Tipo de Flujo Crítico
Tipo de Flujo
Subcrítico
Aumento en el flujo de
vapor de agua (5 a 10%
máximo, debido a un
aumento de la presión del
vapor de agua motriz o
disminución del sobrecalentamiento).
Aumenta la presión máxima de
descarga, prácticamente sin ningún otro cambio.
Disminuye la presión de
entrada. Aumenta la
relación.
Alternativamente, puede operar a
relación constante y con
aumento de capacidad.
Aumento de la presión de
entrada.
Reduce la relación, aumenta la
capacidad.
Reduce la relación,
aumenta la capacidad.
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Cambio
Efecto sobre el Rendimiento
Tipo de Flujo Crítico
Tipo de Flujo
Subcrítico
Aumento de la presión de
descarga.
Sin cambio (hasta que se alcance
la presión de ruptura).
La familia entera de curvas se mueve con la
descarga. La relación
permanece
prácticamente constante.
Aumento de Capacidad.
Reduce la relación, aumenta la
presión de entrada.
Reduce la relación,
aumenta la presión de
entrada.
En el comportamiento de las curvas para eyectores con flujo crítico, nótese que
la línea de presión de descarga representa el máximo obtenible. La presión de
descarga real puede ser menor que la máxima sin cambio en la curva de capacidad
de presión de succión.
La curva de máxima presión de descarga, obtenible de un eyector, típicamente
aumenta desde flujo cero (cierre) a máximo flujo. La relación de presión obtenible
va opuesta a esta tendencia y es mayor a flujo cero (cierre). La relación varía tan
alto como 20:1; sin embargo, por eficiencia, especialmente en sistemas de etapas
múltiples, éste es mantenido entre 3:1 y 10:1. La Figura 5 muestra el efecto de la
relación de presión sobre la eficiencia.
A medida que la presión del fluido motriz al eyector es disminuida (o la presión de
carga es aumentada), un nivel de presión es alcanzado, en el cual el flujo comienza
a ser inestable. Este nivel es llamado “punto de ruptura”. A medida que la presión
del fluido motriz es aumentada de nuevo hacia la nominal (o la presión de descarga
es disminuida), el flujo estables es restablecido a un nivel de presión ligeramente
superior llamado “punto de conexión”. Los punto de ruptura y de conexión, son
características únicas de cada eyector y tienen que ser ubicados fuera del rango
de operación especificado por el diseñador del eyector. Por esta razón, los valores
especificados en el diseño de servicio del eyector para presión mínima de la
corriente motriz (o el máximo sobrecalentamiento) y máxima presión de descarga
son muy significativos.
Para evitar esta inestabilidad en sistemas de eyectores de etapas múltiples, la
presión mínima de entrada a una etapa debe ser inferior a la máxima presión de
descarga de la etapa previa. Como la presión máxima de descarga puede ser
aumentada por el incremento de la presión (flujo) del vapor de agua motriz, un
rango de operación de flujo ligeramente más amplio puede ser obtenido
aumentando la presión del vapor de agua motriz a un valor superior a su nivel
normal. Las curvas de comportamiento típico en la Figura 6 ilustran este efecto.
Sin embargo, el beneficio del aumento de flujo del vapor de agua motriz para este
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propósito es limitado de 5 a 10%, debido a que un aumento posterior restringirá
la garganta del difusor, reduciendo el arrastre de flujo de gas.
Fluidos Motrices
Vapor de Agua – El vapor de agua es el fluido motriz más comúnmente usado en
servicios de plantas de procesos. Este tiene relativamente bajo valor económico
y está disponible rápidamente, fácilmente recuperable por condensadores y es
compatible con la mayoría de los fluidos a ser comprimidos. Debido a su
condensabilidad, aplicaciones en servicios continuos de etapas múltiples
usualmente tienen intercondensadores para remover el vapor de agua motriz (y
cualquier otro condensable) entre etapas y reducir así la carga a las etapas
subsiguientes. Vapor de agua limpio y seco para un comportamiento adecuado.
Más de 2 a 3% de humedad en el vapor de agua de entrada reducirá la capacidad
y erosionará la tobera excesivamente. El sobrecalentamiento asegura el secado,
pero la energía de sobrecalentamiento no es convertida en capacidad adicional
del eyector. La cantidad de sobrecalentamiento es crítica para un diseño
apropiado del eyector, debido a que ésta influencia el diseño de la tobera de vapor
de agua y de la garganta. Un eyector diseñado para vapor de agua saturado,
perderá capacidad si el vapor es sobrecalentado porque, la disminución de la
densidad del vapor de agua reduce la masa que puede fluir a través de la tobera
fijada para unas condiciones de presión dadas. Asimismo, si se suministra un
menor sobrecalentamiento que el usado como base en el diseño, la capacidad
aumentará (5 a 10% máximo) hasta que la garganta del difusor comienza a
restringirse, reduciendo el flujo de gas arrastrado.
Presión del Vapor de Agua – Presiones de operación entre 420 y 2500 kPa (60
y 350 psig) son normalmente usadas para el vapor de agua motriz del eyector.
Entre este rango, la eficiencia del eyector tiende a aumentar con la presión.
Especificaciones de diseño deben incluir una presión mínima debido a que el
eyector será diseñado para comportamiento nominal a esta presión y con una
presión de conexión seguramente por debajo de esta presión.
Los siguientes niveles de presión de vapor de agua son significativo en el diseño
de servicio y modelo de selección:
1.
Presión de Diseño Mecánico es la presión mínima a la cual el eyector y sus
bridas deben ser estructuralmente seguras a la temperatura de diseño,
asumiendo que el factor de seguridad por corrosión es agotado. Este valor
es seleccionado igual a la presión de diseño de la línea de suministro de
vapor de agua. Sin embargo, en la terminología de la industria de eyectores,
el término “presión de diseño” es reservado para otro significado y “presión
máxima de la línea de vapor de agua” es utilizado para especificar el nivel de
“seguridad estructural”.
2.
Presión Máxima es la presión más alta que será encontrada a la entrada del
eyector del lado del vapor de agua en una operación normal. Este valor
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afecta el tamaño interno de la garganta del eyector y puede necesitar una
estación de reducción de presión en la línea de suministro del vapor de agua
motriz, para mantener el comportamiento especifico del eyector.
3.
Presión Normal del Vapor de Agua es la presión normal de operación a la
entrada del eyector del lado del vapor de agua motriz. Este valor no afecta
el diseño del eyector y no es requerido en las especificaciones del eyector.
4.
Presión Mínima del Vapor de Agua es la presión más baja encontrada a la
entrada del eyector del lado del vapor de agua en operación normal. El
eyector será diseñado para un comportamiento nominal a esta presión.
5.
Presión de Diseño del Vapor de Agua Motriz es un término convencional
usado por diseñadores de eyectores para describir la presión mínima para
la cual el eyector debe ser diseñado y operar siempre establemente. La
presión de conexión no será ubicada en un valor superior a este valor
especificado. Este valor es normalmente ubicado en 70 kPa (10 psi) o de 5
a 10% por debajo de la presión mínima de entrada del vapor de agua, como
un margen para fluctuaciones momentáneas y debe ser decidido en
ingeniería de detalle en conjunto con el suplidor del eyector.
Temperatura del Vapor de Agua – Para cada presión arriba señalada, la
temperatura y el rango de sobrecalentamiento apropiados deben ser
especificados.
Otros Fluidos Motrices – Gas natural y gas de refinería son usados
ocasionalmente como fluidos motrices de eyectores cuando la mezcla del gas
motriz y el gas arrastrado es requerida a un nivel de presión intermedio. Por
ejemplo, gas natural a alta presión puede ser usado para comprimir gas de cola
o gas provenientes de unidades a un nivel de presión intermedio apropiado para
ser utilizado como combustible de refinería o un sistema de distribución de servicio
público.
Aire comprimido es usado como fluido motriz en eyectores de servicios portátiles,
para evacuación general y servicios de bombeo, pero casi nunca es aplicado en
servicios de proceso. Aire atmosférico es usado como fluido motriz en eyectores
especiales de una sola etapa, los cuales descargan en la entrada de un anillo de
líquido de una bomba de vacío. Esto permite la operación a una presión de entrada
inferior que la obtenible con el anillo líquido del compresor, sólo con la temperatura
del agua de enfriamiento disponible. Agua y otros líquidos pueden también ser
usados como fluidos motrices de eyectores de vapor, pero a una eficiencia muy
baja y para flujos de vapor muy bajos.
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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Diseño de Eyectores Según Servicios
La capacidad total requerida es determinada por la suma de entrada de aire hacia
el sistema, otros gases no condensables y vapores condensables (hidrocarburos
y vapor de agua son considerados separadamente). Cada uno de éstos es
discutido seguidamente.
Entrada de Aire – Los sistemas de procesos a presiones subatmosféricas
presentan escapes de aire hacia el sistema por bridas, vástagos de válvulas etc.
La Figura 7 muestra la entrada de aire esperado en sistemas comercialmente
herméticos según lo sugerido por el Instituto de Transferencia de Calor (ITC).
Debido a que las bases para estimar esta entrada de aire son crudos, es
recomendado (por ITC) que se inclya el doble del valor de entrada de aire obtenido
de la Figura 7 en los requerimientos de capacidad total cuando se está
especificando la capacidad del eyector.
Las curvas dadas en el Figura 7 son para varios valores de presión “absoluta”.
Ellas indican que los sistemas con mayor presión “absoluta” presentan menos
entrada de aire que aquellos que operan a presiones cercanas a la atmosférica.
Típicamente esto es debido a que las bridas, empacaduras, prensaempaque de
las válvulas, etc., para usarlos en aplicaciones de baja presión absoluta, son
diseñados para operar bajo condiciones de vacío, mientras que el equipo para
aplicaciones de presiones cercanas a la atmosférica son usualmente la misma que
aquellas diseñada para usarla en presiones superior a la atmosférica.
Gases no Condensables (Diferentes de entrada de Aire) – Hay cantidades
despreciables de no condensables en tuberías de vapor de agua conectada a
tuberías de vapor u otra unidad de proceso. Sin embargo, en unidades de
destilación, los no condensables pueden estar presentes en la corriente de
alimentación y más si son formados por craqueo térmico en el horno y en la línea
de transferencia. Si están disponibles datos reales de columnas de destilación con
alimentaciones similares, éstos deben ser utilizados en las bases de diseño. En
general, las cantidades varían entre 43 y 170 kg/h (95 y 375 lb/h) de
aproximadamente 30 en peso molecular del gas por cada 1000 m3/d (1000 B/D)
de alimentación. A menos que la alimentación contenga un alto porcentaje de
fracciones livianas o las temperaturas estén en el rango de craqueo, 115 kg/h por
cada 1000 m3/d (253 lb/h por cada 1000 B/D) debe ser supuesto para propósito
de diseño.
Carga de Vapor Condensable – La carga de vapor condensable para columnas
de destilación) consiste en el vapor de agua y los hidrocarburos condensables
presentes debido a un despojamiento incompleto o arrastre del plato superior de
la torre de vacío hacia la cabecera. Esta carga es reducida algunas veces
instalando un precondensador antes de la primera etapa del eyector.
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La carga de vapor de agua puede ser calculada por el método señalado en la Tabla
3, el cual da la presión de saturación del vapor de agua. Si no hay precondensador,
la carga de hidrocarburos es estudiada conservadoramente como 0.3 por ciento
del volumen de líquido alimentado a la columna de destilación cuando un
dispositivo de separación por arrastre es instalado en el tope de la torre (malla
separadora) y 1.0% del volumen de líquido sin este dispositivo.
Determinación de la Temperatura y presión del Fluido de Arrastre – La Tabla
2 da guías sugeridas para fijar las condiciones de diseño de presión y temperatura
para el fluido de arrastre.
Requerimientos de Servicios
Generalidades – Los requerimientos de vapor de agua motriz y agua de
enfriamiento para eyectores depende del número de etapas del eyector, el número
de condensadores, la temperatura disponible del agua de enfriamiento y las
características de la porción condensable de la carga. El número de etapas puede
ser estimado de la Fig. 4 de Rango de Aplicación para los intervalos de vacío
señalados en el Documento MDP–02–K–03. Si más de una alternativa para el
número de etapas está disponible, la selección debe estar basada en economía
por requerimientos de servicios. El número de condensadores a ser utilizados está
basado en la economía por requerimientos de servicios y consideraciones
ambientales. Sistemas de eyectores de dos etapas de servicio continuo tendrán
usualmente un intercondensador para condensar el vapor de agua motriz de la
primera etapa. Un pre–condensador puede ser justificado si la temperatura
disponible del agua de enfriamiento es suficientemente baja para condensar una
porción significativa de la carga a la primera etapa. Un post condensador es
usualmente requerido para prevenir una pluma de vapor de agua visible en la
descarga.
La temperatura disponible del agua de enfriamiento y las características de la
porción condensable de la carga determinan la justificación económica de los
condensables y, algunas veces, las presiones de operación interetapa. Los
condensadores no son usados a menos que una porción significativa de la carga
total pueda ser condensada. Esto depende de la presión de vapor de la porción
condensable a la temperatura disponible del agua de enfriamiento. De manera
que, en un sistema de eyectores de tres etapas, la relación de presión de la primera
etapa puede ser seleccionada menor que la relación de las últimas dos etapas
para comprimir justo por encima de la presión de condensación a la temperatura
disponible.
Método para una o dos Etapas – Cada componente de carga (aire, otros vapores
no condensables, vapores de condensables y vapor de agua) son calculados y
corregidos a partir de su peso molecular y temperatura real a Aire Equivalente a
20°C (70°F), para el cual todos los eyectores son diseñados, usando el método
señalado en la Tabla 3, justo con las curvas de arrastre del Instituto de
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Transferencia de Calor (Figura 8). El consumo de vapor de agua motriz es
estimado de las Figuras 9 y 10 para eyectores de una sola o de dos etapas. Estos
requerimientos de vapor de agua son entonces corregidos a las condiciones
reales del vapor de agua (Figura 8) y presión de descarga real superior a 7 kPa
man. (1 psig) (Fig. 12).
Método Alterno para Eyectores de Etapas Múltiples – Para eyectores con más
de dos etapas o eyectores de dos etapas cuya contrapresión sea superior a 7 kPa
man. (1 psig), el consumo de vapor de agua puede ser estimado sobre una base
etapa–por–etapa usando el nomograma señalado en la Figura 13. Las cargas de
componentes son corregidos a Aire Equivalente a 20°C (70°F) por el método
señalado en los puntos del 1 al 10 de la Tabla 3. Los requerimientos de vapor de
agua motriz para cada etapa son calculados por el método descrito en la Figura
13 El nomograma da el comportamiento promedio del eyector sin factor de
seguridad. Por lo tanto, adicione un 10% de margen de seguridad a los
requerimientos de vapor de agua. Este requerimiento de vapor de agua no
requiere corrección por la presión del vapor de agua.
El agua de enfriamiento es calculada por la formula indicada en el punto 15 de la
Tabla 3 para condensación de vapor de agua solamente. Para eyectores de dos
etapas con intercondensador barométrico, los requerimientos de agua de
enfriamiento pueden ser obtenidos de la Figura 11.
Asuma relaciones de presión aproximadamente iguales para cada etapa, excepto:
1.
Si no hay post–condensador (descarga atmosférica), la relación de la última
etapa es mayor alrededor de un tercio.
2.
Si los condensables constituyen una fracción significativa de la carga, la
relación de la primera etapa es seleccionada como óptima por reducir el
efecto de la presión parcial de los condensables.
3.
Si la presión de entrada es inferior a la presión de condensación con la
temperatura disponible del agua de enfriamiento, la relación de la primera
etapa de un eyector de tres etapas es seleccionada para comprimir justo por
encima de la presión de condensación, con el fin de eliminar una gran porción
de la carga en un inter–condensador.
4.
Si un pre–condensador ha sido utilizado para reducir la carga de entrada, se
puede usar una relación más grande en la primera etapa de un eyector de
dos etapas con un post–condensador para reducir la carga a la segunda
etapa. Debido a que la presión de vapor es constante con la temperatura
disponible de agua de enfriamiento, el efecto de la presión parcial de los
vapores condensables es reducido a una presión interetapa superior.
Presión de Descarga
La presión de descarga afecta directamente la relación de compresión y por ello,
afecta directamente el comportamiento del eyector. La máxima presión real de
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descarga debe ser ajustada considerando todas las fuentes de caídas de presión
aguas abajo tales como, post–condensadores, tuberías de escape, silenciadores
y válvulas de retención.
Multiplicidad, Repuesto y Evacuación
Usualmente diseños de columnas de destilación al vacío incluyen la instalación de
tres eyectores de 50% de capacidad total cada uno (dos etapas de condensación),
un repuesto de 50% de la capacidad. En algunos casos dos eyectores con 100%
de la capacidad son usados para reducir los costos de válvulas y tuberías. Los inter
y post–condensadores (uno de cada uno, sin repuesto) son diseñados para
manejar la carga de los tres eyectores operando simultáneamente.
En otros servicios, el tiempo de evacuación puede dictar la selección de un
repuesto. Para estimar el tiempo requerido para que un eyector pueda evacuar un
sistema desde presión atmosférica a la presión de diseño, se asume que la
capacidad promedio de manejo de aire durante el período de evacuación es dos
veces la capacidad de diseño de manejo de aire. Se asume también, que la
entrada de aire hacia el sistema es despreciable. El tiempo estimado de
evacuación es:
T e + F 15 V
Ca
donde:
Te =
Tiempo para evacuar el sistema desde la
presión atmosférica a la presión de diseño
del eyector
En unidades
métricas
En unidades
inglesas
min.
min.
V=
Volumen del sistema, espacio de vapor
m3
pie3
Ca =
Capacidad de aire de diseño del eyector
kg/h
lb/h
F15=
Factor cuyo valor depende de las unidades
usadas
37
2.3
Si este período aproximado de evacuación es muy largo para un arranque práctico
de operación, éste puede ser reducido aumentando el flujo de diseño de la última
etapa del eyector, o añadiendo un eyector sin condensación en paralelo con el
eyector primario que operaría solamente para evacuación. Un eyector sin
condensación puede ser usado como un evacuador o como un eyector de
repuesto de emergencia, sirviendo para varios sistemas adyacentes. El
comportamiento de la evacuación deseada es especificado indicando el volumen
del sistema, el tiempo deseado de evacuación y la presión absoluta a la cual el
sistema debe ser evacuado.
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Condensadores para Eyectores
Los condensadores son usados antes de la primera etapa y/o entre etapas
(llamados pre e inter–condensadores, respectivamente) para remover los vapores
condensables y reducir el flujo a la siguiente etapa. Esto reduce los requerimientos
de vapor de agua motriz y mejora la eficiencia global del eyector.
Post–condensadores (después de la última etapa) no mejorarán la eficiencia del
eyector, pero permiten recobrar algún condensable valioso o eliminar la pluma de
vapor de agua en la descarga.
Virtualmente, todos los condensadores aplicados actualmente en sistemas de
eyectores de refinería son del tipo de superficie, debido a que este equipo produce
la mínima contaminación del agua efluente. En el caso de eyectores de vacío, el
condensado puede ser removido del condensador por bomba o drenándolo por
gravedad. Se deben usar bombas si el punto de descarga es remoto a la alta
presión. Se puede drenar por gravedad si el tambor de descarga está cerca y en
baja presión. En este caso, el eyector es ubicado a un nivel superior del tambor
colector de condensado.
Unidades Convencionales de la Presión de Entrada
La presión de entrada del eyector debe ser especificada en presión absoluta, kPa
(psia). Para condiciones de vacío comúnmente se usa mm de Hg o pulg de Hg.
Los factores de conversión más usados son:
1 pulg de Hg = 25.4 mm Hg
1 mm de Hg = 0.03937 pulg de Hg
1 psi = 2.036 pulg de Hg
1 pulg de H2O = 0.07349 pulg de Hg
7
INFORMACION REQUERIDA PARA LA ESPECIFICACION
Para especificar apropiadamente un eyector de vapor de agua, la siguiente
información debe ser incluida:
S Número de unidades requeridas para operación normal y repuestos, si se
requieren.
S Temperatura de entrada del líquido de arrastre; indique un rango.
S Capacidad: kg/h (lb/h) de cada constituyente identificado por nombre y peso
molecular (indique el peso molecular promedio de la mezcla de hidrocarburos).
Indique si el comportamiento es o no condensable con el agua de enfriamiento
de planta. Incluya propiedades físicas y corrosividad de gases no comunes.
Especifique rango de operación estable requerido.
S Presión de entrada: kPa abs. (mm de Hg abs. o pulg de Hg abs.) para evitar error
de interpretación.
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S Máxima presión de descarga: kPa (psia) (temperatura, si algún límite)
Especifique donde existen estas condiciones, ej.: a la salida del
post–condensador.
S Temperatura máxima del agua de enfriamiento y máximo aumento aceptable
de temperatura.
S Presión máxima y mínima de agua de enfriamiento, y máxima caída de presión
aceptable, si existe.
S Condiciones del vapor de agua: mínima presión y temperatura esperada en la
brida del eyector, así como la presión y temperatura (máxima) de la caldera o
línea principal. Especifique el rango de sobrecalentamiento, si lo hay.
S Tipos y números de condensadores requeridos: especifique las características
del sello deseadas, incluyendo columnas barométricas o bomba de
condensado y sus condiciones de descarga.
S Materiales de construcción: especifique si los materiales estándar del
fabricante son aceptable o haga una lista de alternativas aceptables. (Vea
Manual de Materiales de Construcción, Sección de Destilación al Vacío).
S Requerimientos secundarios o futuros, si los hay, ej., rendimiento de
evacuación, algún otro requerimiento futuro.
S Requerimientos de instalación si los hay (sitio de montaje, orientación, etc.).
S Accesorios: filtros tipo “Y” en la línea de suministro de vapor de agua,
silenciadores (especifique que nivel de ruido debe ser alcanzado según PDVSA
SN–252), etc.
PROBLEMA DE EJEMPLO (Siga el procedimiento descrito en la Tabla 3).
Una torre húmeda de distilación al vacío opera con un condensador de cabecera
y el tambor de destilación de vacío está a 35°C (95°F) y 7 kPa abs (50 mm Hg).
Un estudio previo indicó que es económicamente atractivo usar un eyector
pre–condensador el cual tendría una caída de presión de 0.7 kPa (5 mm Hg), pero
reduciría la carga de vapor de agua significativamente por condensación a 27°C
(80°F) (a 24°C (75°F) está disponible el agua de enfriamiento). Pérdidas de
presión adicionales a la entrada del eyector por tuberías son estimados en 0.7 kPa
(5 mm Hg). El estimado de entrada de aire hacia el sistema es de 150 kg/h (300
lb/h) de Figura 7. Otra carga de vapor no condensable es de 600 kg/h (1200 lb/h),
basada en 115 kg/h por 1000 m3/d (40 lb/h por 1000 BPD) de alimentación (M =
30). Total de no condensable es entonces:
150 kgńh @ M : 29 + 5.17 mol ń h (10.34 mol ń h
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600 kg ń h
20.00 mol ń h
@ M : 30 +
750 kg ń h
25.17 mol ńh
(40 mol ń h)
(40 mol ń h)
750 kg ń h
+ 29.797 kg ń mol (29.797 lbń lbmol)
25.17 mol ń h
O sea:
29.797 es el peso molecular promedio del total de no condensables.
Punto 1.
Punto 2.
Punto 3.
Punto 4.
Punto 5.
Punto 6.
Presión de vapor de agua (saturado) a 27°C = 3.564 KPa (a 80°F
1.032/pulg Hg = 26.2 mm Hg)
Debido a que el pre–condensador enfría hasta 27°C (80°F), la
presión de vapor de los hidrocarburos condensables es
despreciable. (Basado en una densidad promedio de 865 kg/m3
(32° API), el punto de ebullición promedio volumétrico es de
305°C (580°F) y el peso molecular promedio = 250, la presión de
vapor por extrapolación de las curvas del Maxwell Databook on
Hydrocarbons = 0.001 kPa (0.0076 mm Hg)
Presión parcial de no condensables = 5.60 KPa – 3.57 kPa = 2.03
kPa (13.8 mm Hg)
kg/h
(lb/h)
de
vapor
de
agua
=
3.564 18(750) + 795 kgńhǒ1720 lbńhǓ
2.03
29.797
ǒ
Ǔ
kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20°C de otros no condensables
(Ft gas = 0.999, Fm = 1.01 de Figura 8) =
600 kgńh
+ 595 kgńh ǒ1189 lbńhǓ
0.999 (1.01)
ǒ
Punto 8.
Ǔ
kg/h (lb/h) de vapores de hidrocarburos condensables es
despreciable
kg/h (lb/h) de carga de Aire Equivalente a 20°C (70°F) de aire (Ft
aire @ 27°C (80°F) = 0.999 de Figura 8) =
150 kgńh
+ 150 kgńh ǒ300 lbńhǓ
0.999
ǒ
Punto 7.
Ǔǒ
Ǔ
kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20°C (70°F) de vapor de agua (Ft
vapor de agua = 0.999, Fm = 0.81 de Figura 8)=
ǒ0.999795(0.81)Ǔ + 983 kgńh ǒ2126 lbńhǓ
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Punto 9.
kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20°C (70°F) de vapores de
hidrocarburos condensables es despreciable.
Punto 10.
kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20°C (70°F) de carga total a la
entrada del eyector.
150 + 595 + 983 = 1728 kg/h (3615 lb/h)
Este sistema de eyector es para operar con un post–condensador para eliminar
la pluma de vapor de agua en la descarga. La contra–presión debido a tuberías
y el post–condensador es de 56 kPa (8 Psig). Por lo tanto los cálculos de
requerimientos de vapor de agua motriz deben ser hechos por el método descrito
en la Figura 13. El vapor de agua disponible es saturado a 875 kPa (125 psig).
Presión de entrada =
R1
7.0 – 0.7 kpa de caída de presión del pre–condensador
– 0.7 KPa por caída en tubería = 5.6 kPa abs (40 mm
Hg = 1.575 pulg Hg)
976 kpa abs
174 ǒ88.7 psia ń mm HgǓ
5.6 kpa abs
La presión interetapa es aproximada, asumiendo una relación 20% mayor en la
primera etapa debido a que los condensables forman una porción significativa de
la carga. La relación referida para permitir 0.7 kPa (5 mm Hg) de caída en la tubería
interetapa e intercondensador es 6 = R2 para la primera etapa y 5 = R2 para la
segunda etapa. Del nomograma R3 = 2.85 para la primera etapa. Esto debe ser
corregido “hacia atrás” para la carga de Aire Equivalente a 20°C (70°F)
(multiplicada por Ft vapor de agua Fm vapor de agua).
R3 corregido = 2.85 kg vapor de agua motriz (0.999) (0.81) kg de vapor de saturada
R 3 corregido + 2.85
+
motriz
ƪkgkg devaporvaporde deaguasaturada
ƫ (0.999) (0.81)
2.31 kg (lb) vapor de agua motriz
kg (lb) de aire Equivalente a 20°C (70°F)
kg/h (lb/h) de vapor de agua motriz de la primera etapa = (2.31) (1728) = 3992 kg/h
(8351 lb/h) de vapor de agua motriz requerido
Esto comprimirá la carga de la primera etapa a (5.6 KPa) (6.0) = 33.6 kPa abs (240
mm Hg abs)
Permitiendo 0.7 kPa (5 mm Hg) de caída en la segunda etapa, la presión de
entrada es 32.9 kPa abs (235 mm Hg abs). La carga total a la segunda etapa
cambiará porque la presión parcial relativa de los componentes condensables (en
este caso vapor de agua solamente) ha cambiado.
Debido a que el agua de enfriamiento es costosa en este lugar, se ha decidido usar
el flujo de agua en serie a través del inter y post–condensador. A 17°C (30°F) de
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aumento de temperatura a través del intercondensador es tentativamente
decidido mantener el condensador de superficie a un mínimo, mientras también
se reduce la carga a la segunda etapa a una cantidad práctica. Por lo tanto, el agua
de enfriamiento a la segunda etapa es 24 + 17 = 41°C (105°F) y la temperatura
de entrada a la segunda etapa del eyector es 41 + 4 = 45°C (112°F) (de la Tabla
2).
Punto 1.
Punto 2.
Punto 4.
Presión del vapor de agua a 45°C (112°F) = 9.58 KPa (2.7494 pulg
Hg)
32.9 kPa – 9.6 kPa = 23.3 kPa (165.2 mm Hg abs)
kg/h (lb/h) de vapor de agua
9.6 ƫƪ 18750 ƫ + 187 kg ń h ǒ383 lb ń hǓ
ƪ23.3
29.797
Punto 8.
kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20°C (70°F) de vapor de agua (Ft
vapor de agua = 0.99) de la Figura 8 =
187
231 kg ń h ǒ473 lb ń hǓ
(0.999) (0.81)
Punto 10.
kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20°C (70°F) de carga total = 150
+ 595 + 231 = 976 kg/h (1162 lb/h).
R 1 976 kPa 29.7 ǒ15.1 psia ń pulg HgǓ
32.9 kPa
R2 = 5.0
Del nomograma, R3 = 4.5
R3 corregido = 4.5 (o.999) (0.81) = 3.64 Kg/h (lb/h) de vapor de
agua motriz de la segunda etapa = (3.64) (976) = 3553 kg/h (7142
lb/h)
Flujo de vapor de agua motriz a las dos etapas = 3992 + 3553 =
7545 kg/h (15493 lb/h)
Añadiendo 10% de factor de seguridad: el vapor de agua motriz
requerido = 8300 kg/h (17042 lb/h)
Los requerimiento de agua de enfriamiento basada en flujo de
serie a través del inter y post–condensador:
Vapor de agua condensado en el inter–condensador es el vapor
de agua motriz más parte del vapor de agua de la carga.
Vapor de agua motriz de la primera etapa + 10% de factor de
seguridad = 4391
Carga de vapor de agua a la primera etapa = 795
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Carga de vapor de agua a la segunda etapa = –187
Total de vapor de agua condensado = 4999 kg/h (10524 lb/h)
Para 17°C (30°F) de aumento de temperatura en el intercondensador: 31.0 x 4999
= 154969 kg/h = 2583 dm3/min (663 gpm) (de Tabla 3)
Debido a que 4999 kg/h (10524 lb/h) es mayor que la cantidad de vapor
condensado en el post–condensador (3553 + 10%) este mismo 2583 dm3/min
(663 gpm) tendrá un aumento menor de 17°C (30°F) en el post–condensador.
8
NOMENCLATURA
Ca =
Capacidad de aire de diseño del eyector, kg/h (lb/h)
Fi =
Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ver tabla al final
FM =
Relación de arrastre para un peso molecular promedio del gas diferente al de aire = 29
FM y Ft = Factores por los cuales el flujo de gas es dividido para obtener Aire
Equivalente a 20°C (70°F)
Fs =
Factor de conexión de presión del vapor de agua para presiones diferentes a 7000 kPa man. (100 psig).
FT =
Relación de arrastre para una temperatura de entrada diferente a
20°C (70°F).
M =
Peso molecular
Pm =
Presión del fluido motriz, kPa man. (Psig)
P1=
Presión de entrada, kPa abs (mm Hg o pulg Hg abs)
P2 =
Presión de descarga, kPa abs (Psia)
R1 =
Relación de expansión = Pm/P1
R2 =
Relación de presión = P2/P1
Te =
Tiempo para evacuar el sistema desde la presión atmosférica a la
presión de diseño del eyector, min.
V=
Volumen del sistema, espacio de vapor, m3 (pie3)
W=
Flujo másico, kg/h (lb/h)
Factores Cuyo Valor Depende de las Unidades Usadas
F15=
En unidades
métricas
En unidades
inglesas
37
2.3
F16 =
(Tabla 3)
2208 kj / kg
950 BTU /Lb
F17 =
(Tabla 3)
4.186 kj / kg °C
1 BTU/Lb °F
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TABLA 1. PRESION DE VAPOR DE AGUA
PRESION DE VAPOR DE AGUA SATURADO EN KPa DE 0° A 100°C (*)
Temp.°C
(**)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
0.0
.6103
.6562
.7052
.7573
.8128
.8719
.9347
1.002
1.072
1.148
10.0
1.228
1.313
1.403
1.498
1.599
1.706
1.819
1.939
2.065
2.199
20.0
2.340
2.489
2.646
2.812
2.987
3.171
3.365
3.570
3.785
4.011
30.0
4.249
4.499
4.762
2.812
5.327
5.631
5.950
6.285
6.635
7.002
40.0
7.387
7.790
8.212
5.037
9.115
9.597
10.10
10.63
11.18
11.75
50.0
12.35
12.98
13.63
8.653
15.02
15.76
16.53
17.33
18.17
19.04
60.0
19.94
20.88
21.86
14.31
23.93
25.03
26.17
27.36
28.59
29.86
70.0
31.19
32.56
33.98
35.46
36.99
38.57
40.21
41.91
43.67
45.49
80.0
47.38
49.33
51.35
53.43
55.59
57.82
60.12
62.50
64.96
67.50
90.0
70.12
72.82
75.61
78.49
81.46
84.52
87.68
90.94
94.29
97.75
100.0
101.3
105.0
108.8
112.6
116.7
120.8
125.0
129.4
133.9
138.5
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TABLA 2. DETERMINACION DE LA PRESION Y TEMPERATURA DE ENTRADA PARA
SER USADAS EN LOS CALCULOS DE CAPACIDAD
Equipos Inmediata Temperatura de Presión Total de Presión Parcial Presión Parcial
mente
Aguas Entrada
Entrada
de
Condensa- de No – condenArriba
de
la
bles
sables
Entrada del Eyector.
Proceso
De proceso
Presión de Proceso
menos caída de Presión en Tubería
de
3°C
(5°F)
por
encima de la temperatura de entrada
del agua de enfriamiento
Presión de Proceso
menos Pérdidas
Condensador
de
Superficie
(para
vapor de agua)
4.2°C (7.5°F) por
debajo de saturación del vapor de
agua a la presión de
entrada del condensador
Presión de Proceso
menos pérdidas en
tuberías
Condensador
de
Superficie (proceso)
4°C (7°F) mayor,
por encima de la
temperatura
de
entrada del agua de
enfriamiento
(a
menos que se disponga de datos más
precisos acerca del
comportamiento del
condensador
Condensadores
contacto Directo
Datos del Maxwell
Data Book Tabla 1
(usualmente los
condensables se
supone que estan
saturados a la temperatura
de
entrada del eyector si provienen de
un condensador)
Presión Total menos Presión Parcial
de los condensables.
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TABLA 3. CALCULOS DE REQUERIMIENTOS DE CARGA DE
COMPONENTES Y SERVICIOS
Punto
1
2
3
4
Cálculos de Carga de Componentes
Determine la presión de vapor de agua de la Tabla 1. Este valor
aplica solamente para la condición de vapor saturado, ejemplo
comúnmente después de un condensador. Si la corriente no está
saturada, como las cabeceras de columnas de destilación sin
precondensador, el Punto 1 puede ser recalculado del Punto 4.
Determine la presión de vapor de hidrocarburos condensables a
la temperatura de entrada.
Reste los Puntos 1 y 2 de la presión total de entrada para obtener
la presión parcial de los no condensables
kg/h (lb/h) de vapor de agua =
Punto 1 x
Punto 2
18 x kgńh (lbńh) de aire más otros no condensables
M promedio de aire más otros no condensables
kg/h (lb/h) vapor de hidrocarburos condensables =
x
5
6
Punto 2 x
A
Punto 3 M promedio de aire más otros no condensables
kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20°C (70°F) de la carga del
componente aire =
kgńh (lbńh ) de carga de aire
Ftaire
7
8
kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20°C (70°F) de los otros
componentes no condensables =
kg/h (lb/h) de otros no condensables Ft gas x FmM promedio de
otros no condensables =
Kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20°C (70°F) de vapor de agua
+
Punto 4
F t (vapor de agua motriz) x F m de vapor de agua
+
Punto 4
F t (vapor de agua x 0.81
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kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20°C (70°F) de vapores de
hidrocarburos condensables =
+
10
Indice volumen
Punto 5
F t gas x F m M promedio de vapores de hidrocarburos condensados
kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20°C (70°F) de carga total de la
entrada del eyector =
= Punto 6 + Punto 7 + Punto 8 + Punto 9
CALCULOS PARA REQUERIMIENTOS DE VAPOR DE AGUA MOTRIZ Y AGUA
DE ENFRIAMIENTO
11
12
13
14
Obtenga Fs (factor de conexión de presión del vapor de agua) de
la Figura 8.
Obtenga la relación
kg (lb) de vapor de agua motriz
de la
kg (lb) de fluido arrastrado
Figura 9 ó 10
Obtenga el factor de conexión de contra presión de la Figura 12.
(Esto es para eyectores de una sola etapa solamente. Si se está
calculando los requerimientos de vapor de agua para eyector de
dos etapas con una contrapresión superior a 7 kPa man. (1 psig),
use el método descrito en la Figura 13).
kg/h (lb/h) de Vapor de Agua Motriz = Punto 10 x Punto 11 x Punto
12 x Punto 13.
CALCULOS DE REQUERIMIENTO DE CARGA DE COMPONENTES Y
SERVICIOS
15
Requerimientos de Agua de Enfriamiento (para condensación de
vapor de agua solamente)
F 16
F 17 (T 2 – T 1)
= 31 kg de agua/kg de vapor de agua, para 17°C de T en el agua
de enfriamiento (0.063 x lb/h de vapor de agua para 30°F de T en
el agua de enfriamiento).
F16 = 2208 kJ/kg (950 BTU/lb) es el calor de vaporización del
vapor de agua y F17 = 4.186 kJ/kg °C (1 BTU/Lb °F) es el calor
específico del agua. Permiten mayor requerimiento de agua de
enfriamiento para vapor de agua sobrecalentado.
+
Nota:
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Los requerimientos de agua de enfriamiento pueden ser reducidos dependiendo
del aumento total de temperatura del agua permitido:
S Para sistemas de eyectores de condensadores de vapor de agua de turbinas
– condensado en la descarga de la turbina es usado como medio enfriante para
el inter y post–condensador.
S Para sistemas de eyectores de columnas de destilación al vacío – uso del agua
de enfriamiento en serie a través del inter y luego al post–condensador puede
ser usado.
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Fig 1. VARIACIONES DE PRESION Y VELOCIDAD DENTRO DE UN EYECTOR DE
VAPOR DE AGUA MANEJANDO GAS (FLUJO CRITICO)
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Fig 2. COMPARACION DE LAS CARACTERISTICAS DE OPERACION DE UN EYECTOR
DE VACIO Y UN COMPRESOR TERMICO
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Fig 3. CURVA TIPICA DE COMPORTAMIENTO DE UN EYECTOR MOSTRANDO EL
EFECTO DE CAMBIOS EN EL PESO MOLECULAR (BASADO EN GAS SECO
SOLAMENTE)
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Fig 4. CURVA TIPICA DEL COMPORTAMIENTO DE UN EYECTOR MOSTRANDO EL
EFECTO DE CAMBIOS EN LA TEMPERATURA DE ENTRADA
DEL GAS (BASADO EN GAS SECO SOLAMENTE)
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Fig 5. RANGO DE EFICIENCIAS ALCANZABLES PARA EYECTORES
DE VAPOR DE AGUA MANEJANDO AIRE
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lb/h
Fig 6. EFECTOS DE INCREMENTOS EN LA PRESION DEL VAPOR DE AGUA SOBRE
LA CURVA CARACTERISTICAS DE EYECTORES
TIPICOS DE DOS ETAPAS
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Fig 7. VALORES MAXIMOS DE ENTRADA DE AIRE PARA SISTEMAS
COMERCIALMENTE HERMETICOS
MAXIMA ENTRADA DE AIRE
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Fig 8. FACTORES DE CORRECCION
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Fig 9. REQUERIMIENTOS DE VAPOR DE AGUA MOTRIZ PARA EYECTORES
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Fig 10. REQUERIMIENTOS DE VAPOR DE AGUA MOTRIZ PARA UN EYECTOR DE LA
2da ETAPA CON CONDENSADOR
25% (AIRE + GAS NO CONDENSABLE)
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Pulg Hg
KPa, abs
Fig 11. REQUERIMIENTOS DE AGUA DE ENFRIAMIENTO PARA
UN EYECTOR DE LA SEGUNDA ETAPA CON UN
INTERCONDENSADOR BAROMETRICO
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Fig 12. EFECTO DE LA PRESION DE DESCARGA ACTUAL
EN UN EYECTOR DE ETAPA SENCILLA
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Fig 13. CONSUMO DE VAPOR DE AGUA DE LOS EYECTORES
Entre al monograma con R1 y R2, traze una línea entre los dos y lea R3, los requerimientos
de vapor de agua del impulsor para comprimir 1 lb de vapor de agua. Este vapor debe ser
corregido por el peso molecular y la temperatura
vapor de agua del impulsor
R3 +
+ 1.55
vapor de agua saturado
De las curvas de correción para M y temperatura en la figura 8, fm = 0.81 y Ft = 1 para
vapor de agua para devolverse a aire equivalente a 20°C (70°F) multiplique por Fm y Ft
por tanto
R3 = corregido = 1.55 (0.81)
vapor de agua del impulsor
kg 20°C (70°F) aire equivalente
Requerimiento total de vapor de agua = 1.55 (0.81) 50 kg/h
= 63 kg/h vapor de vapor (124 lb/h)