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Tubería de vapor y válvula reductora

Indique el caudal, la presión y el estado del vapor para encontrar el diámetro comercial que respeta la velocidad y la caída de presión admisibles. Después, calcule el Kv de la reductora y el tubo de salida, que debe ser mayor porque el vapor se expande.

Herramienta de predimensionamiento y estimación: los resultados no sustituyen al proyecto, cálculo o informe firmado por un técnico competente ni la verificación conforme a las normas aplicables.

Predimensionamiento
Vapor
Línea aguas arriba

La velocidad máxima cambia sola al cambiar el estado del vapor (30 m/s saturado, 50 m/s recalentado); ajústela a su práctica.

Válvula reductora de presión

Si los equipos aguas abajo no soportan la presión de aguas arriba, instale una válvula de seguridad tras la reductora, dimensionada para el caudal de la reductora totalmente abierta.

—Diámetro recomendado de la línea de vapor
—

Velocidad y caída de presión por diámetro

Barras: velocidad a la entrada de la línea. Línea: caída de presión en la longitud total (real + equivalente). Verde: cumple los dos criterios.

Toque el gráfico para ver los valores.

Kv necesario de la reductora según la carga

Kv según IEC 60534-2-1 del 10% al 120% del caudal indicado, frente al Kvs comercial elegido.

Toque el gráfico para ver los valores.

Diámetros comerciales (ASME B36.10M)

Siguiente paso

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Método, hipótesis y referencias

Ecuaciones utilizadas

Caudal volumétrico: Q = ṁ ÷ ρ; velocidad: v = Q ÷ (π · Di² ÷ 4)
Darcy–Weisbach: Δp = f · (L + Leq) ÷ Di · ρm · v² ÷ 2, con ρm a la presión media (iterada)
Colebrook: 1 ÷ √f = −2 · log10(ε ÷ (3,7 · Di) + 2,51 ÷ (Re · √f)); Re = ρ · v · Di ÷ μ
Reductora (IEC 60534-2-1): Kv = W ÷ (3,16 · Y · √(x · p1 · ρ1)), W en kg/h, p1 en kPa(a); x = Δp ÷ p1 ≤ Fγ · xT; Y = 1 − x ÷ (3 · Fγ · xT); Fγ = γ ÷ 1,4; γ = 1,33; Cv = 1,156 · Kv
Comprobación (Spirax Sarco, vapor): Kv = ṁ · (1 + 0,00126 · ΔTrec) ÷ (12 · P1 · √(1 − 5,67 · (0,42 − χ)²)), P1 en bar(a), χ = Δp ÷ P1; para χ ≥ 0,42 la raíz vale 1
Aguas abajo: expansión isoentálpica h2 = h1 a p2 (IAPWS-IF97) → T2 y ρ2; tubo por criterio de velocidad

Hipótesis y límites

  • Vapor saturado seco o recalentado; propiedades según IAPWS-IF97. Viscosidad aproximada por μ = (8,04 + 0,0407 · T) × 10⁻⁶ Pa·s, a ±3% de IAPWS 2008 por debajo de 20 bar.
  • Tubos de acero al carbono según ASME B36.10M; velocidad a la entrada de la línea. La caída se calcula como flujo incompresible con densidad media, válido para caídas de hasta un 10% de la presión absoluta.
  • Reductora: sin reducciones junto a la válvula (Fp = 1); xT típico de válvula de asiento; Kvs sugerido para trabajar hasta el 80% de su capacidad al caudal máximo. Compruebe con la curva del fabricante y la capacidad de la válvula de seguridad.

Normas y documentos técnicos

  • IEC 60534-2-1:2011: Industrial-process control valves — Flow capacity — Sizing equations for fluid flow under installed conditions
  • ASME B36.10M: Welded and Seamless Wrought Steel Pipe
  • ASME B31.1: Power Piping
  • IAPWS R7-97(2012): Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam; IAPWS R12-08: viscosity of ordinary water substance
  • Spirax Sarco: The Steam and Condensate Loop (pipe sizing and control valve sizing for steam)
  • Crane Co.: Flow of Fluids Through Valves, Fittings and Pipe (Technical Paper 410)

Legislación y reglamentos en España y la UE

  • Real Decreto 809/2021, Reglamento de equipos a presión, e instrucciones técnicas complementarias: tuberías de vapor, inspecciones y válvulas de seguridad
  • Real Decreto 709/2015 (Directiva 2014/68/UE de equipos a presión): diseño y marcado CE de tuberías y accesorios de seguridad
  • Real Decreto 1215/1997: equipos de trabajo; protección frente a superficies calientes

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la velocidad adecuada del vapor en tubería?

Para vapor saturado, de 25 a 40 m/s en líneas principales; por encima aumentan el ruido, la erosión por gotas y la caída de presión. Para vapor recalentado, de 50 a 70 m/s. Con 3.000 kg/h a 10 bar(g), DN 100 Sch 40 da unos 18 m/s.

¿Por qué el tubo después de la reductora es mayor?

El vapor se expande cuando baja la presión. De 10 a 4 bar(g), la densidad baja de 5,6 a unos 2,6 kg/m³, así que el mismo caudal ocupa más del doble de volumen y necesita un tubo mayor para mantener la velocidad.

¿Qué es el flujo crítico en la reductora?

Es cuando la caída es tan grande que el caudal ya no aumenta al bajar la presión de salida. Según IEC 60534, con xT de 0,72 y vapor (γ = 1,33), ocurre cuando la caída supera un 68% de la presión absoluta de entrada.

¿Kv o Cv?

Kv es el caudal de agua en m³/h con 1 bar de caída; Cv, en galones estadounidenses por minuto con 1 psi. Cv = 1,156 × Kv. Los catálogos europeos dan el Kvs (Kv al 100% de apertura).