La calidad del vapor afecta la energía disponible para la transferencia de calor. Por eso controlar la calidad es crítico para la eficiencia de procesos e industriales.
En este artículo, exploraremos qué factores influyen en la condición del vapor, los problemas que puede causar un vapor mal controlado y cómo mejorar la calidad del vapor que genera.
¿Cuál es la condición ideal del vapor?
El vapor ideal para usar en sus procesos industriales es limpio, seco y libre de aire y otros gases no condensables. El vapor en esta condición es el tipo más eficiente para la transferencia de calor1. Las tablas de vapor que le ayudan a gestionar la generación y distribución del vapor también asumen que usted produce vapor con estas cualidades.
Para optimizar la calidad del vapor2, necesita monitorear las condiciones en su sala de calderas, asegurar el mantenimiento regular de las tuberías de distribución de vapor e implementar controles en toda su planta. Sin estas buenas prácticas de trabajo, probablemente se enfrentará a problemas de ingeniería y mantenimiento.
¿Cuáles son los problemas del vapor húmedo?
Aunque el vapor debe estar completamente seco, inevitablemente habrá un nivel de humedad en el vapor producido por la sala de calderas. La humedad dentro del vapor se mide por su fracción de sequedad, la proporción de vapor que es seca.
Por ejemplo, en el diagrama de fases del vapor, una fracción de sequedad del 50% (A) significa que el vapor es 50% seco y 50% húmedo.
Cuando produce vapor sin controlar su calidad, puede tener demasiada humedad o una fracción de sequedad deficiente. Es entonces cuando ocurren problemas, ya que el vapor que produce y distribuye es más húmedo de lo que su planta ha sido diseñada para manejar.
Ineficiencia del proceso
El vapor húmedo reduce la eficiencia de la transferencia de calor de varias maneras. En primer lugar, cuanto más húmedo es el vapor, menos energía útil está disponible dentro del vapor. Hay una masa reducida de vapor que llega al proceso debido a la baja fracción de sequedad.
Además, los intercambiadores de calor en sus procesos están dimensionados para operar con una sequedad esperada del vapor. Sin embargo, si produce vapor más húmedo de lo previsto, los intercambiadores de calor no funcionarán tan eficientemente. Cuando el vapor llega a los intercambiadores de calor, tomará más tiempo obtener la energía calorífica necesaria del vapor. El tiempo del proceso probablemente se extenderá, puede que no alcance la temperatura de proceso requerida, y el producto podría echarse a perder.
El vapor húmedo también es más propenso a condensarse y ceder energía a la tubería de distribución. Por ejemplo, podría producir 10.000 kg/hr de vapor pero perder 500 kg/hr en la tubería. Como resultado, tiene que generar más vapor para entregar el nivel requerido de energía calorífica a los procesos.
En otras palabras, el vapor húmedo es menos eficiente para la transferencia de calor.
Erosión y corrosión
La humedad dentro del vapor puede erosionar las tuberías. A medida que la presión del vapor lleva gotas de humedad a lo largo de las tuberías a alta velocidad, la fricción de las gotas contra las tuberías causa daños con el tiempo.
La presencia de vapor húmedo también aumenta el riesgo de corrosión. La reacción química de la humedad en las tuberías metálicas degrada las tuberías y reduce su vida útil.
La erosión y la corrosión aumentan el mantenimiento requerido para las tuberías de distribución de vapor.
Golpe de agua y golpe de ariete
Cuando el vapor húmedo se condensa en las tuberías de vapor, el líquido cae al fondo de la tubería. A medida que las gotas de condensado aumentan, forman un tapón de agua, que es empujado a través de las tuberías por el movimiento del vapor.
Sin embargo, cuando hay una curva en la tubería, el impacto del agua golpeando la tubería puede causar ruido y vibración, conocido como golpe de ariete. Los daños causados por el golpe de ariete significan que se necesita trabajo de mantenimiento adicional y podrían limitar la vida útil de la tubería.
Cómo controlar la sequedad del vapor
Hay diferentes controles que puede usar para reducir la humedad dentro del vapor y minimizar la fracción de sequedad.
Separadores de vapor
Los separadores de vapor eliminan las gotas de humedad del flujo de vapor y se usan antes de que el vapor entre en equipos críticos de la planta.
Los separadores usan deflectores para evitar que las gotas de agua pasen mientras se permite que el vapor seco continúe fluyendo por la tubería. Las gotas de agua y cualquier condensado luego drenan del sistema.
¿Por qué el vapor necesita estar limpio?
La incrustación que se acumula en las paredes de las tuberías y dentro del intercambiador de calor afecta la calidad del vapor y reduce su eficiencia para la transferencia de calor. También puede quedar suciedad del exceso de material de soldadura o uniones, lo que conduce a la erosión dentro de las tuberías, trampas de vapor y válvulas.
La incrustación puede ocurrir debido a un tratamiento de agua incorrecto o una operación inadecuada de la caldera. Estos pueden causar que las impurezas en la caldera se transfieran a través de gotas de humedad.
Cómo mantener el vapor limpio
Instalar filtros de línea elimina la suciedad y evita que contamine el vapor. Una buena práctica de ingeniería es instalar un filtro antes de las trampas de vapor, válvulas y otros equipos críticos.
Los controles de la caldera también son esenciales para eliminar los químicos y minerales en el agua que se acumulan como sólidos dentro de la caldera. Una válvula de purga inferior en la caldera mejora la calidad del agua y del vapor. Abrir la válvula permite que la presión del vapor en la caldera arrastre los sedimentos.
¿Qué problemas causa el aire dentro del vapor?
Las tuberías de suministro de vapor contienen aire al arrancar, ya que el aire es aspirado por el vacío creado cuando el sistema se apagó anteriormente y el vapor se condensó. El aire también puede estar presente en el agua utilizada para alimentar la caldera. A menos que elimine el aire y otros gases no condensables, estos reducirán la temperatura del vapor.
Como el aire es un mal conductor de energía térmica, una masa de aire dentro del vapor también actuará como una barrera en el intercambiador de calor, reduciendo la eficiencia del proceso de transferencia de calor.
¿Qué problemas causa el aire dentro del vapor?
Las tuberías de suministro de vapor contienen aire al arrancar, ya que el aire es aspirado por el vacío creado cuando el sistema se apagó anteriormente y el vapor se condensó. El aire también puede estar presente en el agua utilizada para alimentar la caldera. A menos que elimine el aire y otros gases no condensables, estos reducirán la temperatura del vapor.
Como el aire es un mal conductor de energía térmica, una masa de aire dentro del vapor también actuará como una barrera en el intercambiador de calor, reduciendo la eficiencia del proceso de transferencia de calor.
Cómo eliminar el aire del vapor
Cuando llena el sistema con vapor, este empujará el aire hacia los puntos de drenaje y los puntos remotos, los más alejados de la entrada de vapor. Añadir trampas de vapor a los puntos de drenaje y purgas de aire a los puntos remotos le permite eliminar el aire del sistema.
Generando el vapor de mejor calidad
Para maximizar la eficiencia del uso del vapor para la transferencia de calor, necesita producir vapor en una condición ideal. Eso significa asegurarse de que esté lo más seco posible para optimizar la energía útil disponible para la transferencia de calor. Mantener el vapor limpio y minimizar la humedad reducirá los problemas de mantenimiento en las tuberías de vapor. Eliminar el aire de las tuberías de vapor también ayuda a mejorar la eficiencia de la transferencia de calor.
