Producción y Distribución de Vapor Industrial
Componentes Clave del Sistema
Un sistema de producción y distribución de vapor consta generalmente de los siguientes equipos:
- Una o varias calderas que pueden quemar carbón, fueloil, gas, etc. En la industria suele utilizarse fueloil como combustible.
- El agua utilizada debe reunir una serie de requisitos, según las normas establecidas, siendo necesaria la instalación de una planta de tratamiento.
- Una vez tratada el agua, esta debe pasar al desgasificador donde se elimina el oxígeno y gases incombustibles.
- Las bombas de alimentación se encargan de llevar el agua desde el desgasificador a la caldera.
- A la salida de la caldera, hay un colector general de vapor y una serie de ramales que, saliendo de este, se encargarán de llevar el vapor a todos los puntos de consumo.
Variantes Principales en Instalaciones de Vapor
En las instalaciones de vapor se pueden considerar dos variantes principales:
- Que solo se produzca vapor.
- Que se produzca vapor y energía eléctrica (cogeneración).
En el primer caso (producción exclusiva de vapor), este se producirá a una presión igual o algo superior a la que exige el proceso. En la distribución puede haber uno o más niveles de presión.
En el segundo caso (cogeneración), se consigue obtener energía eléctrica y el vapor de expansión será utilizado en el proceso. En la práctica, se utilizan presiones de 100 – 110 kg/cm2 en calderas, y la contrapresión la impone el proceso. (No se desarrollará con más profundidad la descripción de estas instalaciones, pues se saldría de la finalidad de este capítulo).
Importancia de la Recuperación de Condensados
Es muy importante una buena red de recuperación de condensados. El condensado es agua caliente que va a ir al desgasificador para después pasar a la caldera. La recuperación evitará que haya que utilizar agua fría de aporte, ahorrando así energía.
Requisitos para un Sistema Eficaz de Recuperación de Condensados
Un sistema de recuperación de condensado exige, en primer lugar, una instalación de purgadores adecuada y bien mantenida, con idea de que el condensado pueda ser evacuado perfectamente de la red de vapor. (En las dos figuras anteriores, puede observarse este tipo de instalación).
Los purgadores evacúan el condensado a un colector de purga que llevará los condensados, bien directamente al desgasificador, o bien a un tanque de expansión donde se produce un vapor de flash que se aprovecha normalmente en el desgasificador, y un condensado que va también al desgasificador.
Instalaciones de Aires y Gases Calientes en la Industria
Aplicaciones y Funcionamiento General
Las instalaciones de aires y gases calientes también son muy empleadas en la industria. Se utiliza aire en los procesos de combustión, en los aerorefrigerantes y torres de enfriamiento, en los procesos de secado, etc.
Los humos calientes del horno se suelen emplear para calentar el aire de la combustión, obteniendo así una mejora del rendimiento de la combustión. Aquí juega un papel importante el calentador de aire, donde se va a producir el aprovechamiento de parte del calor sensible de los humos (calor debido a la diferencia de temperaturas en el entorno).
El aire va a los quemadores impulsado por un ventilador de tiro forzado, y los humos calientes son tomados a pie de chimenea por un ventilador de tiro inducido que los hace pasar por el precalentador y después los devuelve más fríos a la chimenea, por donde son evacuados a la atmósfera.
Sistemas de Secado y Aprovechamiento Térmico
En una instalación de secado, los gases calientes procedentes de la combustión se mezclan con aire para rebajar su temperatura y conseguir la temperatura requerida por el proceso. (En la figura siguiente puede observarse una instalación donde hay un reciclado de gases calientes que van a la mufla para disminuir el exceso de aire frío y mejorar el rendimiento).
Un segundo aprovechamiento de parte del calor sensible de los gases que van a la chimenea se consigue en el cambiador para precalentar el aire de combustión.
Fluidos Térmicos de Alto Punto de Ebullición
Los flujos térmicos se utilizan en procesos químicos donde el empleo de agua, o vapor de agua saturado como fluido calefactor, obligaría a trabajar a altas presiones. Para evitar esto, se recurre a la utilización de fluidos térmicos de alto punto de ebullición, que ofrecen grandes ventajas: las superficies de intercambio térmico en el cambiador de calor pueden mantenerse pequeñas, con ligeras diferencias de temperatura, y la instalación de transmisión térmica puede ser accionada con pequeñas sobrepresiones.
Gestión de Condensados en el Transporte de Vapor
Formación y Riesgos del Condensado
En cualquier tubería de vapor, parte de este condensa debido a las pérdidas por radiación y convección. Si no se elimina el condensado de las tuberías de vapor, se irá acumulando por gravedad en los puntos bajos de la instalación, hasta que la presión de vapor lo arrastre.
Así, cuando tapona el paso de vapor, es empujado por este a gran velocidad hasta encontrar un obstáculo, como una válvula o un cambio de dirección, pudiendo ocasionar serios daños en la instalación. Se trata del golpe de ariete.
Efectos del Golpe de Ariete
Este fenómeno puede producir dos efectos principales: ruidos y tensión en tuberías y conexiones.
Soluciones para el Drenaje Eficaz del Condensado
La forma de drenar los tramos de tuberías es instalando pozos de goteo y purgadores, distanciados entre 50 y 80 metros según los casos. La presencia del pozo de goteo, del mismo diámetro y profundidad que la tubería principal (según se indica en la figura siguiente), asegura que todo el condensado llegue al purgador.