¿Qué bomba de vacío se puede utilizar para el procesamiento de vapores?
En caso de tener que bombear vapores, además de los factores de la presión de trabajo y la velocidad de bombeo, existe un tercer factor determinante: la presión parcial del vapor, que puede variar notablemente durante el proceso correspondiente. Este factor resulta decisivo a la hora de elegir qué disposición de bombeo instalar. A este respecto, los condensadores son accesorios muy importantes para las bombas de desplazamiento rotativo. Cuentan con una velocidad de bombeo especialmente alta para bombear vapores. En esta página se trata el bombeo de vapor de agua (la situación más habitual). Las cuestiones que se tratan son también válidas para otros vapores no agresivos.
El bombeo de vapor de agua
Habitualmente, la eliminación del vapor de agua se lleva a cabo mediante bombas que funcionan con agua o vapor como fluido de bombeo, por ejemplo, en el caso de las bombas de anillo líquido y las bombas eyectoras de vapor. Este proceso depende enormemente de las circunstancias; no obstante, las bombas eyectoras de vapor resultan muy poco económicas a bajas presiones en comparación con las mecánicas. Para bombear un vapor (una mezcla de gases cuya proporción de vapor sea elevada y la de aire, baja), es posible hacerlo por medio de condensadores y los gases permanentes, para lo que se usarán bombas mecánicas de envergadura relativamente pequeña que funcionen con gas ballast.
Entonces, y comparativamente hablando, un equipo de bombeo consistente en una bomba de lóbulos, un condensador y una bomba auxiliar, capaz de transportar 100 kg (220 lb)/h de vapor y 18 kg (39 lb)/h de aire a una presión de admisión de 50 mbar, necesita 4-10 kW de potencia (en función de la cantidad de aire correspondiente). Una bomba eyectora de vapor de las mismas prestaciones necesita aproximadamente 60 kW sin modificación de la cantidad de aire. Para el bombeo de vapor de agua, las bombas de gas ballast y las combinaciones de estas, bombas de lóbulos y condensadores resultan especialmente adecuadas.
Bombeo de vapor de agua con bombas de gas ballast
La relación entre la presión parcial de vapor pv y la presión parcial de aire pp es decisiva para evaluar si la disposición de las bombas de gas ballast es correcta, como se ha indicado anteriormente en las Ecuaciones 2.2 y 2.3. Por tanto, si se conoce la tolerancia al vapor de agua de la bomba de gas ballast, es posible obtener gráficos que indiquen claramente el uso correcto de bombas de gas ballast para bombear vapor de agua (véase la Fig. 2.73). Por lo general, las bombas de paletas rotativas de una etapa tienen una temperatura de funcionamiento de aproximadamente entre 60 y 80 °C y, por tanto, una tolerancia al vapor de agua de unos 40-60 mbar. Este valor sirve para calcular las diferentes regiones de funcionamiento en la Fig. 2.73. Asimismo, se da por sentado que la presión presente en el puerto de salida de descarga de la bomba de gas ballast puede aumentar hasta un máximo de 1330 mbar hasta que la válvula de salida de descarga se abra.
Fig. 2.73: Ámbitos de aplicación de bombas de gas ballast y condensadores que bombean vapor de agua (sin GB = sin gas ballast)
Región A: bombas de paletas rotativas de una etapa sin admisión de gas ballast.
A una presión de vapor de saturación pS de 419 mbar a 77 °C (170 °F), según la Ecuación 2.2, es necesario que pv < 0,46 pp, donde
pv es la presión parcial del vapor de agua
pp es la presión parcial del aire
pv + pp = ptot presión total
Este requisito es válido para toda la región de la bomba de paletas rotativas de una etapa, por lo tanto, a presiones totales entre 10-1 y 1013 mbar
Región B: bombas de paletas rotativas de una etapa con gas ballast y un condensador de admisión.
En esta región, la presión del vapor de agua supera la presión parcial admisible en el punto de admisión. Por lo tanto, la bomba de gas ballast debe tener un condensador introducido en la admisión, de una capacidad tal que la presión parcial del vapor de agua presente en el puerto de admisión de la bomba de paletas rotativas no supere el correspondiente valor admisible. Las dimensiones pertinentes del condensador se eligen en función de la cantidad de vapor de agua correspondiente. Con una tolerancia al vapor de agua de 60 mbar, el límite inferior de esta región es de
pv > 6O + 0,46 pp mbar
Región C: bombas de paletas rotativas de una etapa con gas ballast
El límite inferior de la región C se caracteriza por el límite inferior de la región de trabajo de esta bomba. Se encuentra, por lo tanto, a aproximadamente ptot = 1 mbar. Si se producen grandes cantidades de vapor en esta región, a menudo resulta más económico colocar un condensador: 20 kg (44 lb) de vapor a 28 mbar dan como resultado un volumen de aproximadamente 1000 m3. No resulta sensato bombear este volumen con una bomba auxiliar. Como regla general, debe seguirse la siguiente indicación:
Siempre se debe colocar un condensador en el punto de admisión de la bomba si se produce vapor de agua saturado durante un periodo considerable.
Como medida de precaución, por lo tanto, siempre debe colocarse una bomba de lóbulos delante del condensador a presiones de admisión bajas a fin de incrementar considerablemente la capacidad de condensación. Esta capacidad de condensación no depende únicamente de la presión del vapor, sino también de la temperatura del refrigerante. Por lo tanto, a bajas presiones de vapor, solo se puede obtener una condensación efectiva si la temperatura del refrigerante es consecuentemente reducida. A presiones de vapor inferiores a 6,5 mbar, por ejemplo, colocar un condensador solo es recomendable si la temperatura del refrigerante es inferior a 0 °C (32 °F). A menudo, a bajas presiones se bombea una mezcla de gas y vapor con vapor de agua insaturada (para obtener más información al respecto, véase la página sobre condensadores. Por lo general, es entonces cuando puede dispensarse con el condensador.
Región D: bombas de paletas rotativas de dos etapas, bombas de lóbulos y bombas eyectoras de vapor, siempre en función de la presión total del proceso
Hay que señalar de nuevo que la tolerancia al vapor de agua de las bombas de gas ballast de dos etapas suele ser inferior a la de las bombas de una etapa correspondientes.
Bombeo de vapor de agua con bombas de lóbulos
Normalmente, las bombas de lóbulos no resultan tan económicas como las bombas de gas ballast para un funcionamiento continuo a presiones superiores a 40 mbar. No obstante, utilizar la bomba de lóbulos con un convertidor de frecuencia (con la consiguiente limitación de la velocidad de la bomba a presiones más bajas), da como resultado un consumo de energía específico más favorable. En caso de colocar bombas de lóbulos para bombear vapores, como en el caso de las bombas de gas ballast, permite trazar un gráfico en el que se incluyan todos los casos posibles (véase la Fig. 2.74).
Fig. 2.74: Ámbitos de aplicación de bombas de lóbulos y condensadores que bombean vapor de agua (sin GB = sin gas ballast)
Región A: una bomba de lóbulos con bomba de paletas rotativas de una etapa sin gas ballast.
Dado que solo se produce una compresión entre la bomba de lóbulos y la de paletas rotativas, en esta situación también debe tenerse lo siguiente en cuenta:
pv < 0,46 pp
Este requisito es válido en toda la región de trabajo de la combinación de bomba y, por consiguiente, para las presiones totales de entre 10-2 y 40 mbar (o de 1013 mbar para bombas de lóbulos con línea de derivación o variador con convertidor de frecuencia).
Región B: un condensador principal, una bomba de lóbulos con una línea de derivación o convertidor de frecuencia, un condensador intermedio y una bomba de gas ballast.
Esta combinación solo resulta económica en caso de que vayan a bombearse grandes cantidades de vapor de agua de forma continua a presiones de por encima 40 mbar. La envergadura del condensador principal depende de la cantidad de vapor correspondiente. El condensador intermedio debe reducir la presión parcial del vapor por debajo de los 60 mbar. Por tanto, la bomba de gas ballast debe tener una envergadura suficiente como para evitar únicamente que la presión parcial del aire detrás del condensador intermedio supere un valor determinado. Por ejemplo, si la presión total detrás de la bomba de lóbulos (que siempre es igual a la presión total detrás del condensador intermedio) es de 133 mbar, la bomba de gas ballast debe bombear como mínimo una presión parcial del aire de 73 mbar, la cantidad de aire transportada hasta ella por la bomba de lóbulos. De no hacerse así, debe introducir más vapor de agua del que puede tolerar. El siguiente es una condición básica: el uso de bombas de gas ballast solo es recomendable en caso de bombearse también aire.
Con un depósito que lo idóneo es que no presente fugas, la bomba de gas ballast debe aislarse una vez alcanzada la presión de funcionamiento correspondiente y debe continuarse bombeando únicamente con el condensador. En la página sobre condensadores se explica cuál es la mejor combinación posible de bombas y condensadores.
Región C: una bomba de lóbulos, un condensador intermedio y una bomba de gas ballast.
El límite inferior de la presión parcial de vapor de agua se calcula mediante la relación de compresión de la bomba de lóbulos con la contrapresión, que a su vez se calcula a partir de la presión de vapor de saturación del agua condensada. Además, en esta región el condensador intermedio debe ser capaz de reducir la presión parcial del vapor a como mínimo 60 mbar. La disposición indicada es apta (con refrigeración del condensador a 15 °C [59 °F] mediante agua) para presiones de vapor de agua de entre 4 y 40 mbar.
Región D: una bomba de lóbulos y una bomba de gas ballast.
En esta región D, los límites también dependen principalmente de las etapas y las relaciones de envergadura de las bombas. Por lo general, no obstante, siempre es posible usar esta combinación si se restringe a los límites indicados anteriormente, esto es, entre 10-2 y 4 mbar.
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Tabla XII: Datos importantes (cifras características) de los disolventes habituales.
Fig. 9.19: Diagrama de fase del agua
Fundamentos de la tecnología de vacío
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Referencias
- Símbolos de vacío
- Glosario de unidades
- Referencias y fuentes
Símbolos de vacío
Un glosario de símbolos comúnmente utilizados en diagramas de tecnología de vacío como representación visual de tipos y piezas de bombas en sistemas de bombeo
Glosario de unidades
Una descripción general de las unidades de medida utilizadas en la tecnología de vacío y el significado de los símbolos, así como los equivalentes actuales de las unidades históricas
Referencias y fuentes
Referencias, fuentes y lecturas adicionales relacionadas con los conocimientos fundamentales sobre la tecnología de vacío
