El vapor se utiliza en muchos procesos industriales. Sin embargo, normalmente se produce en una parte diferente de la planta que los procesos donde se utiliza. Esto significa que necesita mover el vapor para aprovechar su energía térmica.
En este artículo, exploraremos cómo se distribuye el vapor y los beneficios de transportar vapor frente al agua caliente a baja temperatura (LTHW).
¿Por qué necesita mover el vapor?
Por razones de seguridad y mantenimiento, el vapor se genera a cierta distancia de donde se necesita. Mientras que el vapor¹ se produce en una sala de calderas (A), los procesos (B) que utilizan la energía térmica del vapor pueden estar a cientos de metros de distancia.
Si tiene múltiples procesos que requieren energía térmica, el vapor debe llegar a todos ellos estén donde estén en la instalación. Las tuberías de vapor (C) distribuirán el vapor desde la sala de calderas hasta los procesos.
Por ejemplo, los procesos de un fabricante de alimentos que dependen del vapor para la energía térmica pueden incluir esterilización, pasteurización, cocción, secado y deshidratación. Cada proceso puede tener lugar en una parte diferente de la planta.
¿Cómo se distribuye el vapor?
El vapor es un gas, por lo que se mueve por su propia energía a través de una caída de presión. Como resultado, cuando se produce vapor a alta presión en la sala de calderas (A) y luego se reduce la presión en los procesos (B), donde ocurre la transferencia de calor², el vapor fluirá naturalmente a través de las tuberías desde la sala de calderas hasta los procesos. A diferencia del LTHW, no se bombea el vapor.
Además de las tuberías de vapor, también se necesitan tuberías separadas (D) para devolver el condensado líquido desde el proceso hasta la sala de calderas. A medida que el vapor transfiere su energía térmica útil al proceso por condensación, el condensado líquido debe eliminarse porque no puede ceder más energía térmica.
La relación presión / volumen del vapor
Además de permitir la distribución del vapor, la presión también afecta al volumen específico del vapor, ya que el vapor es un gas compresible.
Presurizar el vapor en la caldera reduce su volumen. Sin embargo, cuando se reduce la presión en el proceso, el volumen aumenta. Al comprender la relación presión/volumen, se puede calcular el impacto de los cambios de presión en el volumen del vapor.
A medida que el volumen del vapor se reduce bajo presión, esto afecta significativamente al dimensionamiento de las tuberías necesarias para transportar el vapor.
¿Cómo afecta la presión al dimensionamiento de las tuberías de vapor?
Elegir el tamaño correcto de las tuberías de vapor permite distribuir la masa necesaria de vapor de la manera más eficiente posible. Al comprimir el vapor para reducir su volumen, se necesitan tuberías de diámetro menor para transportar el vapor desde la sala de calderas hasta el proceso.
Por ejemplo, necesitaría tuberías con un diámetro DN100 para distribuir 1 000 kg/h de vapor seco saturado a 2 bar g. Sin embargo, aumentar la presión a 10 bar g comprime el vapor en un volumen menor, por lo que solo necesitaría tuberías DN50 para distribuir los 1 000 kg/h de vapor.
¿Por qué son beneficiosas las tuberías de menor diámetro?
Mover vapor en tuberías de menor diámetro tiene varias ventajas frente a alternativas líquidas como el LTHW.
Uso más eficiente del espacio
El uso de tuberías de menor diámetro para el vapor y el condensado permite utilizar el espacio de manera más eficiente en su instalación. Las tuberías ocupan menos espacio y son más fáciles de instalar en los huecos de las salas de máquinas y otras áreas donde se colocan las tuberías.
Tuberías más ligeras
Al ser las tuberías de menor diámetro más ligeras, requieren menos soportes y abrazaderas para fijarlas.
Costes de instalación más bajos
Instalar tuberías de vapor de menor diámetro reduce los costes de instalación en comparación con tuberías de mayor diámetro. Además de las propias tuberías y la infraestructura de soporte, se necesita menos aislamiento y se reduce el coste de mano de obra para la instalación.
Menor pérdida de calor por radiación
Como el vapor libera calor cuando se condensa al contacto con una superficie de menor temperatura, se pierde calor a través de las tuberías por radiación. Aunque el aislamiento reduce esta pérdida, el tamaño de las tuberías también afecta a la pérdida de calor.
Las tuberías de mayor diámetro proporcionan una mayor superficie para que el vapor se condense y libere su energía térmica. Como resultado, reducir el diámetro de las tuberías limita la superficie a través de la cual se puede perder calor.
¿Cuánta energía se necesita para producir y distribuir vapor?
Generar vapor requiere más energía que generar LTHW, ya que se produce a temperaturas y presiones más altas. Sin embargo, distribuir vapor consume mucha menos energía que el LTHW.
El LTHW necesita energía para alimentar las bombas que lo distribuyen por la planta. El vapor no necesita bombas, ya que es un gas y fluye naturalmente con una caída de presión.
Por ejemplo, las pérdidas de calor de las tuberías para distribuir 2 MW de energía usando LTHW a 70-90 °C serían de 9,6 kW. Las pérdidas de calor para distribuir la energía equivalente con vapor serían de 14,6 kW. Sin embargo, bombear el LTHW consumiría 6,5 kW de electricidad, mientras que el vapor tiene un requisito energético mucho menor de 0,7 kW para alimentar una bomba que lleva el agua a la sala de calderas.
Tanto en la generación como en la distribución, el consumo energético total para el vapor y el LTHW es similar.
Las ventajas de distribuir vapor
Mover vapor por una planta tiene varios beneficios frente a fuentes alternativas de energía térmica. Como gas compresible, el vapor ocupa menos volumen y se distribuye a través de tuberías de menor diámetro, lo que resulta más eficiente en espacio y energía. A diferencia del LTHW, el vapor no se bombea y por tanto consume menos energía durante la distribución. El vapor solo necesita una caída de presión para moverse a través de las tuberías de vapor.
