El documento describe varios casos relacionados con el cálculo del vapor requerido en diferentes procesos industriales. Presenta métodos para determinar el consumo de vapor basados en tablas, balances de energía y mediciones directas. Luego resuelve ejemplos numéricos aplicando balances de energía para procesos como lavado de botellas, secado de pinturas, evaporación de leche y generación de vapor en una turbina para un proceso de fabricación de papel.

1. Requerimiento de vapor
Mario Santizo
Doctor Mario Santizo

2. Doctor Mario Santizo
REQUERIMIENTO DE VAPOR
Existen varios métodos para determinar el consumo de vapor en un
proceso:
Evaluar la cantidad de vapor en base a tablas de consumo.
Evaluar la cantidad de vapor en base a balances de energía.
Evaluar la cantidad de vapor en base a mediciones directas obtenidas en
el proceso.
El método que se vaya a seguir depende de qué tipo de información
pueda obtenerse y el grado de exactitud que se requiera.

3. Doctor Mario Santizo
CASO
Determinar el consumo de vapor en una lavadora de botellas con una
capacidad de 2, 500 botellas por minuto.
De acuerdo a cuadros de consumo, para lavar 100 botellas por minuto
se consumen 310 Ib/h de vapor a 5 psig; o sea que el requerimiento de
vapor para lavar 2 500 botellas por minuto será de:
mlb vapor
310
h botellas lbvapor
VC 2,500 7,750
botellas min h
100
min
 
 
    
   
 
 

4. Doctor Mario Santizo
Debe tenerse presente que el contenido de energía del vapor requerido,
no es el contenido entálpico total del vapor; ya que únicamente se
aprovecha la entalpía de evaporación o sea que el vapor utilizado se
elimina como condensado con un contenido entálpico igual a la entalpía
sensible; o sea que la energía aprovechada por el proceso es: asumiendo
100% de transferencia de energía
La entalpía de evaporación se expresa en Btu/lb (kJ/kg).
evaporaciónQ m H 

5. Doctor Mario Santizo
CASO
Determinar la energía aprovechada en la lavadora de botellas, la energía
contenida en el condensado del vapor y el porcentaje de energía
aprovechada respecto al contenido total de energía del vapor de acuerdo
al caso anterior asumiendo una transferencia de energía del 100%.
De tablas de vapor de agua:
 
 
f
m
fg
m
g
m
Estado de tabla agua saturada
Btu
H 196
lb
Btu
P 20psia H 960
lb
Btu
H 1,156
lb
 
  
 
 
    
 
 
 
  
  

6. Doctor Mario Santizo
Energía aprovechada por el equipo de lavado:
m
m
lb vapor Btu Btu
7,750 960 7,440,000
h lb h
  
  
  
Energía contenida en el condensado de vapor:
m
m
lb vapor Btu Btu
7,750 196 1,519,000
h lb h
  
  
  
Porcentaje de energía utilizada por la lavadora asumiendo una transferencia de
energía del 100%:
 
m
m
Btu
960 100
lb
83.04%
Btu
1,156
lb
 
 
  
 
 
 

7. Doctor Mario Santizo
CASO
Un equipo de secado de pinturas utiliza 3,000 pie3/min de aire a 200°F. El aire es
calentado a esa temperatura, por medio de un intercambiador de calor utilizando
para el calentamiento un serpentín de vapor. Si la presión del vapor es de 50 psig
saturado, y la temperatura ambiente es de 70°F. Determinar el vapor requerido por
el proceso de secado. En procesos de secado es común utilizar vapor a baja
presión, instalando una válvula reguladora de presión antes del manifold de vapor
localizado a la entrada del equipo consumidor de vapor. Se asume la densidad del
aire a 200ºF de 0.060 lbm/pie3 y el calor específico promedio de 0.24 Btu/lbmºF
Aire entrando al secador:
3
m m
3
lb lb airepie 60min
3,000 0.060 10,800
min h hpie
    
    
   
Energía requerida para calentar el aire en el secador sin tomar en cuenta
pérdidas por radiación y convección en el intercambiador de calor:

8. Doctor Mario Santizo
 m
aire aire p
m
lb aire Btu Btu
Q m C T 10,800 0.24 200ºF 70ºF 336,960
h lb ºF h
  
      
  
 
Por balance de energía primera ley de termodinámica, al no existir pérdidas por
radiación y convección, ni reacción exotérmica o endotérmica, la energía requerida
por el aire es igual a la energía cedida por el vapor.
Entalpía del agua:
 
 
g
m
f
m
Estado de tabla agua saturada
Btu
H 1,180
lb
P 65psia
Btu
H 268
lb
 
  
    
  
  
Vapor requerido para calentar el aire a la temperatura final sin pérdidas, ni
reacción endotérmica o exotérmica:

9. Doctor Mario Santizo
 
 
aire
aire vapor vapor
g f
m
vapor
m m
Q
Q m H m
H H
Btu
336,960 lb vaporhm 369.47
hBtu Btu
1,180 268
lb lb
   
  
 
 
 
 

  


10. Doctor Mario Santizo
CASO
Se utiliza una marmita de vapor para evaporar leche a presión atmosférica. La
marmita tiene una capacidad de 1,500 Ibm por tanda batch. La leche se calienta de
80°F a 212°F; el 25% del agua es evaporada. Determinar el vapor requerido para el
proceso por tanda; si este consume vapor saturado a 15 psig. La energía total
requerida en el proceso es igual a la energía necesaria para elevar la leche de 80°F
a 212°F y la energía necesaria para evaporar el 25% de ésta. no hay pérdidas, ni
reacción endotérmica o exotérmica, la capacidad calorífica de la leche es de 0.90
Btu/lbm°F:
Energía requerida para calentar la leche:
   leche ppromedio 2 1
m
lbleche Btu
Q mC T T 1,500 0.90 212ºF 80ºF
tanda lb ºF
Btu
178,200
tanda
  
     
  

 

11. Doctor Mario Santizo
Energía requerida para evaporar el 25% de leche:
Agua evaporada de la leche:
 m mlb leche lb aguaevaporada
1,500 0.25 375
tanda tanda
 
 
 
Entalpía del agua:
 
  fg
m
Estado de tabla agua saturada
Btu
P 30psia H 945
lb
 
    
 
m
m
lb agua Btu Btu evaporación
375 945 354,375
tanda lb tanda
  
  
  

12. Doctor Mario Santizo
Energía total requerida en el proceso:
total calentamiento leche evaporación leche
Btu Btu
Q Q Q 178,200 354,375
tanda tanda
Btu
532,575
tanda
   

  
Requerimiento de vapor:
 
 
proceso
proceso vapor evaporación vapor
evaporación
m
vapor
m
Q
Q m H m
H
Btu
532,575
lb vaportandam 563.57
tandaBtu
945
lb
   

 
 
 
 

  


13. Doctor Mario Santizo
CASO
En un proceso de fabricación de papel se utiliza una turbina de vapor a
contrapresión, la cual genera 2,000 Bhp operando con una eficiencia del 50 %. La
turbina utiliza vapor a 585 psig y 600ºF, obteniéndose a la salida de la turbina una
corriente de condensado a 30 psig. con una calidad del 88%. De este vapor se
utilizan 30,000 Ibm/hr en los secadores y el resto del vapor en el desaereador.
Determinar el vapor requerido para operar la turbina, el condensado producido y el
vapor utilizado en el desaereador.
Entalpía del vapor:
 
1
fg
m1
Estado1 de tabla agua saturada
P 600psia Btu
H 1,290
lbT 600ºF
   
     
    

14. Doctor Mario Santizo
 Estado2 de tabla agua saturada
f
2 m
2 f 2 fg
2
fg
m
m m m
Btu
H 244
P 45psia lb
H H x H
x 0.88 Btu
H 929
lb
Btu Btu Btu
244 0.88 929 1,061.52
lb lb lb
 
                   
  
 
   
 
Potencia de una turbina:
     
  
vapor turbina
vapor
turbina
Btu
hp 2,544.5
m H h
hp m
Btu H
2,544.5
h
 
      
 



15. Doctor Mario Santizo
 
 
m
m m
Btu
2,000Bhp 2,544.5
lb vaporh
44,546.57
hBtu Btu
1,290 1061.52 0.5
lb lb
 
 
  
 
 
 
Vapor saliendo de la turbina:
 m mlb vapor lb vapor
44,546.57 1.00 0.12 39,201
h h
 
  
 
Vapor utilizado en el desaereador:
m m mlb vapor lb vapor lb vapor
39,201 30,000 9,201
h h h
 
  
 

16. Doctor Mario Santizo
Condensado producido:
 m mlb vapor lb condensado
44,546.57 0.12 5,345.59
h h
 
 
 