El vapor y la organización
Los beneficios descritos no son de interés para todos los usuarios de vapor. Los beneficios del vapor, como resolución de problemas, pueden subdividirse según diferentes puntos de vista dentro de una empresa. Se perciben de manera diferente dependiendo de si usted es un director ejecutivo, un gerente o está a nivel operativo.
Las preguntas que estas personas hacen sobre el vapor son notablemente diferentes.
Director ejecutivo
El ejecutivo de más alto nivel se ocupa de la mejor solución de transferencia de energía para cumplir los objetivos estratégicos y financieros de la organización.
Si una empresa instala un sistema de vapor o elige actualizar un sistema existente, se requiere una inversión de capital significativa, y la relación con el sistema y el proveedor del sistema será larga e involucrada.

Los directores ejecutivos y la alta dirección quieren respuestas a las siguientes preguntas:
Los directores ejecutivos y la alta dirección quieren respuestas a las siguientes preguntas:
P. ¿Qué tipo de inversión de capital representa un sistema de vapor? Un sistema de vapor requiere solo tuberías de diámetro pequeño para satisfacer un requisito alto de calor. No requiere bombas costosas ni equilibrado, y solo se necesitan válvulas de dos puertos. Esto significa que el sistema es más simple y menos costoso que, por ejemplo, un sistema de agua caliente a alta temperatura. La alta eficiencia de la planta de vapor significa que es compacta y hace uso máximo del espacio, algo que a menudo es premium dentro de la planta. Además, actualizar un sistema de vapor existente con las calderas y controles más recientes representa típicamente el 50% del coste de eliminarlo y reemplazarlo con un sistema de gas descentralizado. P. ¿Cómo afectarán los costes de operación y mantenimiento de un sistema de vapor a los costes generales? La planta centralizada de calderas es altamente eficiente y puede usar tarifas de combustible interrumpibles bajas. La caldera incluso puede ser alimentada por residuos, o formar parte de una planta de cogeneración de última generación. El equipo de vapor típicamente disfruta de una larga vida útil; cifras de treinta años o más de vida con bajo mantenimiento son bastante habituales. La planta de vapor moderna, desde la sala de calderas hasta la planta de uso de vapor y de regreso, puede estar completamente automatizada. Esto reduce dramáticamente el coste de personal de la planta. Equipos sofisticados de monitoreo de energía asegurarán que la planta permanezca energéticamente eficiente y tenga un bajo requisito de personal. Todos estos factores combinados significan que un sistema de vapor disfruta de un bajo coste de por vida. P. Si se instala un sistema de vapor, ¿cómo se puede sacar el máximo provecho? El vapor tiene una gama de usos. Puede usarse para calefacción de grandes áreas, para procesos complejos y para fines de esterilización. Usando un hospital como ejemplo, el vapor es ideal porque puede generarse centralmente a alta presión, distribuirse a largas distancias y luego reducirse en presión en el punto de uso. Esto significa que una sola caldera de alta presión puede satisfacer las necesidades de todas las aplicaciones alrededor del hospital, por ejemplo, calefacción de salas, humidificación del aire, cocción de alimentos en grandes cantidades y esterilización de equipos. No es tan fácil atender todas estas necesidades con un sistema de agua. P. ¿Qué pasa si las necesidades cambian en el futuro? Los sistemas de vapor son flexibles y fáciles de ampliar. Pueden crecer con la empresa y alterarse para cumplir objetivos comerciales cambiantes. P. ¿Qué dice sobre la empresa el uso del vapor? El uso del vapor es ambientalmente responsable. Las empresas continúan eligiendo el vapor porque se genera con altos niveles de eficiencia de combustible. Los controles ambientales son cada vez más estrictos, incluso hasta el punto de que las organizaciones tienen que considerar los costes y métodos de eliminación de la planta antes de instalarla. Todos estos problemas se consideran durante el diseño y fabricación de la planta de vapor.
Nivel gerencial
Un gerente considerará el vapor como algo que proporcionará una solución a un problema gerencial, como algo que beneficiará y agregará valor al negocio. La responsabilidad del gerente es implementar iniciativas ordenadas por los ejecutivos superiores. Un gerente preguntaría “¿Cómo permitirá el vapor la implementación exitosa de esta tarea?”
Los gerentes tienden a ser prácticos y enfocados en completar una tarea dentro de un presupuesto. Elegirán usar el vapor si creen que proporcionará la mayor cantidad de practicidad y conveniencia a un costo razonable.
Están menos preocupados por la mecánica del sistema de vapor en sí. Una perspectiva útil sería que el gerente es la persona que quiere el producto terminado, sin necesariamente querer saber cómo se ensambla la maquinaria que lo produce.

Los gerentes necesitan respuestas a las siguientes preguntas:
Los gerentes necesitan respuestas a las siguientes preguntas:
P. ¿Será el vapor adecuado para el proceso? El vapor sirve a muchas aplicaciones y usos. Tiene un alto contenido de calor y cede su calor a temperatura constante. No crea un gradiente de temperatura a lo largo de la superficie de transferencia de calor, a diferencia del agua y los aceites térmicos, lo que significa que puede proporcionar una calidad de producto más consistente. Como el vapor es un fluido puro, puede inyectarse directamente en el producto o hacer que rodee el producto que se está calentando. La energía entregada al proceso es fácil de controlar usando válvulas de dos puertos, debido a la relación directa entre temperatura y presión. P. Si se instala un sistema de vapor, ¿cómo se puede sacar el máximo provecho? El vapor tiene una amplia variedad de usos. Puede usarse para calefacción de espacios sobre grandes áreas y para muchos procesos de fabricación complejos.
A nivel operativo, el condensado producido por un proceso de fabricación puede devolverse al tanque de alimentación de la caldera. Esto puede reducir significativamente los costes de combustible de la caldera y tratamiento de agua, porque el agua ya está tratada y a alta temperatura. También se puede producir vapor de menor presión a partir del condensado en un recipiente de expansión, y usarse en aplicaciones de baja presión como la calefacción de espacios. P. ¿Cuánto cuesta producir vapor? El agua es abundante e inofensiva, y las calderas de vapor son altamente eficientes porque extraen una gran proporción de la energía contenida en el combustible. Como se mencionó anteriormente, la planta centralizada de calderas puede aprovechar tarifas de combustible interrumpibles bajas, algo que no es posible para los sistemas de gas descentralizados que usan un suministro constante de combustible de tarifa premium.
El vapor flash y el condensado pueden recuperarse y devolverse a la caldera o usarse en aplicaciones de baja presión con pérdidas mínimas.
El uso del vapor es fácil de monitorear usando caudalímetros de vapor y productos compatibles con SCADA. Para cifras reales, consulte ‘El coste de producir vapor’ más adelante en este Módulo. En términos de costes de capital y operación, se vio al responder las preocupaciones del director ejecutivo que la planta de vapor puede representar valor por dinero en ambas áreas. P. ¿Hay suficiente espacio de instalación? Las altas tasas de transferencia de calor que disfruta el vapor significan que la planta es más pequeña y compacta que una planta de agua o aceite térmico. Un paquete típico moderno de intercambiador de calor de vapor a agua caliente con capacidad de 1 200 kW ocupa solo 0,7 m² de espacio en el suelo. Compare esto con un calentador de agua caliente que puede ocupar una gran parte de una sala de máquinas. P. Sin querer pensar demasiado en esta parte del proceso, ¿se puede proporcionar una solución total? La planta de vapor puede proporcionarse en forma de paquetes compactos listos para instalar que se instalan, ponen en marcha y están listos para operar en un período de tiempo muy corto. Ofrecen muchos años de operación sin problemas y tienen un bajo coste de por vida.
Personal técnico/operadores
A nivel operativo, la eficiencia diaria y la vida laboral de los individuos pueden verse directamente afectadas por la planta de vapor y la forma en que opera. Estos individuos quieren saber que la planta va a funcionar, qué tan bien funcionará, y el efecto que esto tendrá en su tiempo y recursos.
El personal técnico/operadores necesita respuestas a las siguientes preguntas:
El personal técnico/operadores necesita respuestas a las siguientes preguntas:
P. ¿Se averiará? Una planta de vapor bien diseñada y mantenida no debería tener causa para averiarse. La mecánica del sistema es simple de entender y está diseñada para minimizar el mantenimiento. No es inusual que los elementos de la planta de vapor disfruten de 30 o 40 años de vida sin problemas. P. Cuando se requiere mantenimiento, ¿qué tan fácil es? La planta de vapor moderna está diseñada para facilitar un mantenimiento rápido y fácil con un tiempo de inactividad mínimo. El diseño moderno de los componentes es un beneficio en este sentido. Por ejemplo, las trampas de vapor con conectores giratorios pueden reemplazarse desatornillando dos pernos y colocando una nueva unidad de trampa en su lugar. Los colectores modernos de vapor y condensado forjados incorporan válvulas de pistón que pueden mantenerse inline con una herramienta manual simple. Los sistemas sofisticados de monitoreo identifican los componentes que realmente necesitan mantenimiento, en lugar de permitir que el mantenimiento preventivo se realice innecesariamente en elementos de planta que funcionan.
Los internos de las válvulas de control pueden simplemente levantarse y cambiarse inline, y los actuadores pueden invertirse en el campo. Las bombas mecánicas pueden ser servicio, simplemente quitando una tapa, que tiene todos los internos adjuntos a ella. Los conectores universales de tubería permiten que las trampas de vapor se reemplacen en minutos. Un punto importante a tener en cuenta es que cuando se requiere mantenimiento del sistema, un sistema de vapor es fácil de aislar y se drenará rápidamente, lo que significa que las reparaciones pueden realizarse rápidamente. Cualquier fuga menor que ocurra no es tóxica. Esto no siempre es el caso con los sistemas de líquidos, que son más lentos y costosos de drenar, y pueden incluir fluidos térmicos tóxicos o difíciles de manejar.
P. ¿Se cuidará solo?
Tabla 1.2.1 Usuarios de vapor
| Usuarios intensivos | Usuarios medios | Usuarios ligeros |
|---|---|---|
| Alimentos y bebidas Farmacéutica Refinación de petróleo Química Plásticos Pasta y papel Refinación de azúcar Textiles Procesamiento de metales Caucho y neumáticos Construcción naval Generación de energía | Calefacción y ventilación Cocción Curado Enfriamiento Fermentación Tratamiento Limpieza Fundición Horneado Secado | Electrónica Horticultura Aire acondicionado Humidificación |
Usos interesantes del vapor:
Usos interesantes del vapor:
- Envase retráctil de carne.
- Depresión de las tapas de frascos de alimentos.
- Explotar maíz para hacer copos de maíz.
- Teñir pelotas de tenis.
- Reparación de tuberías subterráneas (el vapor se usa para expandir y sellar una espuma que ha sido bombeada dentro de la tubería. Esto forma un nuevo revestimiento para la tubería y sella cualquier grieta).
- Mantener el chocolate suave, para que pueda bombearse y moldearse.
- Hacer que las botellas de bebidas se vean atractivas pero seguras, por ejemplo, a prueba de manipulación, mediante el encogimiento por calor de una envoltura de película.
- Secar pegamento (calentar tanto el pegamento como los materiales para secar en un rodillo).
- Hacer preservativos.
- Hacer plástico de burbujas.
- Pelar patatas por tonelada (el vapor a alta presión se inyecta en un recipiente lleno de patatas. Luego se despresuriza rápidamente, arrancando las pieles).
- Calentar piscinas.
- Hacer café instantáneo, leche o cacao en polvo.
- Moldear neumáticos.
- Planchar ropa.
- Hacer alfombras.
- Ondular cartón.
- Asegurar un acabado de pintura de alta calidad en coches.
- Lavar botellas de leche.
- Lavar barriles de cerveza.
- Secar papel.
- Asegurar que los medicamentos y equipos médicos sean estériles.
- Cocinar patatas fritas.
- Esterilizar sillas de ruedas.
- Cocinar piezas de alimentos, por ejemplo marisco, uniformemente en una cesta usando vapor inyectado para calor, humedad y turbulencia al mismo tiempo.
- Cocinar grandes cubas de alimentos por inyección directa o calefacción por camisa. …y cientos más.
En la industria de hoy, el coste de suministrar energía es de enorme interés. La Tabla 1.2.2 muestra precios provisionales de combustible industrial para Gran Bretaña, obtenidos de un Reciente Resumen de Estadísticas Energéticas del Reino Unido. Tabla 1.2.2 Precios de combustible en GB (sin incluir el Impuesto sobre el Cambio Climático)
| Combustible | Tamaño del consumidor | 2009 |
| Carbón (£ por tonelada) | Pequeño | 120,19 |
| Mediano | 82,23 | |
| Grande | 54,82 | |
| Fuelóleo pesado (£ por tonelada) | Pequeño | 421,9 |
| Mediano | 378,6 | |
| Grande | 376,5 | |
| Gasóleo (£ por tonelada) | Pequeño | 507,6 |
| Mediano | 506 | |
| Grande | 481,8 | |
| Electricidad (peniques por kWh) | Pequeño | 9,82 |
| Mediano | 8,84 | |
| Grande | 6,48 | |
| Gas (peniques por kWh) | Pequeño | 2,93 |
| Mediano | 2,53 | |
| Grande | 1,8 |
El coste de producir vapor basado en los costes anteriores
El coste de producir vapor basado en los costes anteriores
Todas las cifras excluyen el Impuesto sobre el Cambio Climático que entró en vigor en abril de 2001. El coste de producir 1 000 kg de vapor usando los tipos de combustible listados y las cifras promedio de coste de combustible se muestra en la Tabla 1.2.3. Tabla 1.2.3 Costes de vapor en GB - 2009
| Combustible | Coste unitario promedio (£) | Unidad de suministro | Coste de producir 1 000 kg de vapor (£) | |
| Aceite | Pesado (3 500 s) | 0,366 0 | Por litro | 27,13 |
| Gasóleo (35 s) | 0,400 0 | Por litro | 27,64 | |
| Gas natural | Fijo | 0,020 0 | Por kWh | 16,98 |
| Interrumpible | 0,018 0 | Por kWh | 15,28 | |
| Carbón | 59,600 0 | Por tonelada | 6,07 | |
| Electricidad | 0,072 7 | Por kWh | 49,37 | |
Eficiencia de la caldera

Una caldera de vapor moderna generalmente operará con una eficiencia de entre el 80 y el 85%. Se incurrirán algunas pérdidas de distribución en las tuberías entre la caldera y los equipos de la planta de proceso, pero para un sistema aislado según los estándares actuales, esta pérdida no debe exceder el 5% del contenido total de calor del vapor. El calor puede recuperarse de la purga, el vapor flash puede usarse para aplicaciones de baja presión, y el condensado se devuelve al tanque de alimentación de la caldera. Si se instala un economizador en el conducto de la caldera, la eficiencia general de una planta de vapor centralizada será de alrededor del 87%. Esto es menor que la eficiencia del 100% realizada con un sistema de calefacción eléctrica en el punto de uso, pero los costes típicos de funcionamiento de los dos sistemas deben compararse. Está claro que la opción más barata es la planta centralizada de calderas, que puede usar una tarifa de gas más baja e interrumpible en lugar de la tarifa completa de gas o electricidad, esencial para un sistema de calefacción en el punto de uso. La eficiencia general de la generación de electricidad en una central eléctrica es aproximadamente del 30 al 35%, y esto se refleja en las tarifas unitarias. Los componentes dentro de la planta de vapor también son altamente eficientes. Por ejemplo, las trampas de vapor solo permiten que el condensado se drene de la planta, reteniendo valioso vapor para el proceso. El vapor flash del condensado puede utilizarse para procesos de menor presión con la asistencia de un recipiente de expansión. Las siguientes páginas presentan algunos ejemplos de la vida real de situaciones en las que un usuario de vapor había sido, inicialmente, mal aconsejado y/o había tenido acceso solo a información de baja calidad o incompleta relacionada con la planta de vapor. En ambos casos, casi toman decisiones que habrían sido costosas y ciertamente no en los mejores intereses de su organización. Algunos detalles de identificación han sido alterados.
Caso de estudio: Hospital del oeste de Reino Unido considera reemplazar su sistema de vapor
Caso de estudio: Hospital del oeste de Reino Unido considera reemplazar su sistema de vapor
En una situación real a mediados de los años 90, un hospital en el oeste de Inglaterra consideró reemplazar su antiguo sistema de vapor con un sistema de agua caliente a alta temperatura, usando calderas adicionales de gas para manejar algunas cargas. Aunque los nuevos sistemas de vapor son extremadamente modernos y eficientes en su diseño, a veces se encuentran sistemas antiguos y descuidados, y este usuario necesitó tomar una decisión de actualizar o reemplazar el sistema. La asignación financiera al proyecto fue de 2,57 millones de libras durante tres años, cubriendo honorarios profesionales más IVA. Se demostró, en consulta con el hospital, que solo 1,2 millones de libras gastados durante diez años proporcionarían la renovación de las calderas de vapor, tuberías y un gran número de calentadores. También estaba claro que la renovación del sistema de vapor requeriría una entrada profesional mucho menor. De hecho, pasar a agua caliente a alta temperatura (HTHW) costaría más de 1,2 millones de libras más que renovar el sistema de vapor. Las razones que el hospital dio inicialmente para reemplazar el sistema de vapor fueron:
-
Con un sistema HTHW, se pensó que los costes de mantenimiento y operación serían menores.
-
La planta de vapor existente, calderas y tuberías necesitaban reemplazo de todos modos. Los costes de mantenimiento del sistema de vapor se dijo que incluían seguros de calentadores, mantenimiento de trampas de vapor, válvulas reductoras y planta de tratamiento de agua, también reemplazo de tuberías de condensado. Los costes de operación se dijo que incluían tratamiento de agua, agua de reposición, personal de la sala de calderas, y pérdidas de calor de calentadores, purgas y trampas. Los costes de operación anuales aproximados que el hospital estaba usando para HTHW versus vapor se dan en la Tabla 1.2.4.
Tabla 1.2.4 Costes de operación
| Servicio | Vapor (£) | HTHW (£) |
| Combustible | 245 000 | 217 500 |
| Asistencia | 57 000 | 0 |
| Mantenimiento | 77 000 | 40 000 |
| Tratamiento de agua | 8 000 | 0 |
| Agua | 400 | 100 |
| Electricidad | 9 000 | 12 000 |
| Repuestos | 10 000 | 5 000 |
| Total | £406 400 | £274 600 |
Reclamaciones adicionales a favor de calderas individuales de gas: **-**Sin pérdidas de líneas principales.
-
Calderas de reemplazo más pequeñas.
-
Sin requisito de combustible de respaldo. Los costes establecidos anteriormente hacían que el sistema HTHW pareciera la opción más favorable en términos de costes de operación. El nuevo sistema HTHW costaría 1 953 000 libras más 274 600 libras anuales en costes de operación y mantenimiento. Esto, en efecto, significaba descomisionar una planta y reemplazarla a un coste superior a 2 millones de libras, para ahorrar poco más de 130 000 libras al año. Los siguientes factores necesitaban tenerse en cuenta:
-
El ahorro de 130 000 libras usando HTHW se deriva de 406 400 libras - 274 600 libras. El coste del combustible de vapor puede reducirse al mismo nivel que para HTHW usando retorno de condensado y recuperación de vapor flash. Esto reduciría el total en 65 000 libras a 341 400 libras.
-
Los mayores ahorros reclamados se debían a la eliminación de calderas con personal. Sin embargo, las salas de calderas modernas están completamente automatizadas y no hay requisito de personal.
-
La reducción de 37 000 libras en costes de mantenimiento parecía muy optimista considerando que la solución HTHW incluía la introducción de 16 nuevas calderas de gas, 4 nuevos generadores de vapor y 9 nuevos humidificadores. Esto habría traído un requisito de mantenimiento significativo.
-
Los generadores de vapor y humidificadores tenían requisitos de combustible y costes de tratamiento de agua no contabilizados. El combustible se habría suministrado a tarifa premium para satisfacer la afirmación de que no se necesitaba combustible de respaldo. En contraste, las calderas de vapor centralizadas pueden utilizar alternativas de bajo coste a tarifa interrumpible.
-
Los ahorros por menores pérdidas de calor de líneas principales (eliminadas de calderas de gas sin líneas principales) fueron mínimos contra los costes totales involucrados, y realmente compensados por la necesidad de combustible a tarifa premium.
-
Un hecho dado a favor de reemplazar el sistema de vapor fue el alto coste del reemplazo de la tubería de condensado. Esta declaración nos dice que estaba ocurriendo corrosión, cuya causa más común son los gases disueltos, que pueden eliminarse físicamente o por tratamiento químico. ¡Eliminar el sistema por esto es como reemplazar un coche porque los ceniceros están llenos!
-
Una desventaja dada para los sistemas de vapor fue la necesidad de inspección de seguros de calentadores de vapor/agua. Sin embargo, ¡los calentadores HTHW también requieren inspección!
-
Otra desventaja dada fue la necesidad de mantener las válvulas reductoras de presión de vapor. Pero los sistemas de agua contienen válvulas de tres puertos con un requisito de mantenimiento significativo.
-
El coste del agua de reposición y tratamiento de agua para sistemas de vapor fue criticado. Sin embargo, cuando un sistema de vapor requiere mantenimiento, la parte relevante puede aislarse fácilmente y drenarse rápidamente con pocas pérdidas (esto minimiza el tiempo de inactividad). En contraste, un sistema de agua requiere que secciones enteras se enfríen y luego se drenen. Luego debe rellenarse y purgarse de aire después del mantenimiento. Los sistemas HTHW también requieren tratamiento químico, al igual que los sistemas de vapor. Presentado con estas explicaciones, el hospital se dio cuenta de gran parte de la evidencia en la que basaban su decisión estaba sesgada e incompleta. El equipo de ingeniería del hospital reevaluó el caso y decidió conservar su planta de vapor y ponerla al día con controles y equipos modernos, ahorrando una cantidad considerable de dinero.
Trazado por calor
El trazado por calor es un elemento vital en el funcionamiento confiable de tuberías y recipientes de almacenamiento/proceso, en una amplia gama de industrias.
Un trazador de vapor es una pequeña tubería de vapor que corre a lo largo de la superficie exterior de una tubería de proceso (generalmente) más grande. A menudo se usa pasta conductora de calor entre el trazador y la tubería de proceso. Las dos tuberías luego se aíslan juntas. El calor proporcionado por el trazador (por conducción) evita que el contenido de la tubería de proceso más grande se congele (protección antihielo para líneas de agua) o mantiene la temperatura del fluido de proceso para que permanezca fácil de bombear. El trazado se encuentra comúnmente en las industrias del petróleo y petroquímica, pero también en los sectores alimentario y farmacéutico, para aceites, grasas y glucosa. Muchos de estos fluidos solo pueden bombearse a temperaturas muy por encima de la ambiente. En el procesamiento químico, una gama de productos desde ácido acético hasta asfalto, azufre y compuestos de zinc solo pueden moverse a través de tuberías si se mantienen a una temperatura adecuada. Para las extensas corridas de tuberías encontradas en gran parte de la industria de proceso, el trazado con vapor sigue siendo la elección más popular. Para corridas muy cortas o donde no hay suministro de vapor disponible, a menudo se elige el trazado eléctrico, aunque el agua caliente también se usa para requisitos de baja temperatura. Los beneficios relativos del trazado con vapor y eléctrico se resumen en la Tabla 1.2.5.
Tabla 1.2.5 Los méritos relativos del trazado por calor con vapor y eléctrico
| Trazado por calor con vapor | Trazado por calor eléctrico | |
|---|---|---|
| Robustez - capacidad para resistir condiciones climáticas adversas y abuso físico | Buena | Pobre |
| Flexibilidad - capacidad para satisfacer las demandas de diferentes productos | Excelente | Pobre |
| Seguridad - adecuación para uso en áreas peligrosas | Excelente | No se puede usar en todas las zonas |
| Costes energéticos por GJ | 0 a £7,70 | £22,00 |
| Vida del sistema | Larga | Limitada |
| Fiabilidad | Alta | Alta |
| Facilidad para extender el sistema | Fácil | Difícil |
| Control de temperatura - precisión de mantener la temperatura | Muy buena/Alta | Excelente |
| Adecuación para grandes plantas | Excelente | Moderada |
| Adecuación para pequeñas plantas | Moderada | Buena |
| Facilidad de instalación del trazador | Moderada | Requiere habilidades especializadas |
| Coste de mantenimiento | Bajo | Moderado |
| Requisito de personal de mantenimiento especializado | No | Sí |
| Disponibilidad como proyecto llave en mano | Sí | Sí |
Caso de estudio: Refinería de petróleo del Reino Unido usa trazado por calor con vapor para tubería de 4 km
Caso de estudio: Refinería de petróleo del Reino Unido usa trazado por calor con vapor para tubería de 4 km
En 1998, se instaló un sistema de trazado por calor con vapor en una de las mayores refinerías de petróleo del Reino Unido.
Antecedentes
La empresa petrolera en cuestión está involucrada en la exportación de un tipo de producto de cera. La cera tiene muchos usos, como aislamiento en cables eléctricos, como resina en papel ondulado y como recubrimiento usado para proteger fruta fresca.
La cera tiene propiedades similares a la cera de vela. Para permitir que se transporte cualquier distancia en forma de líquido, necesita mantenerse a cierta temperatura. La refinería por lo tanto requería una tubería con trazado crítico.
El proyecto requirió la instalación de una tubería de producto de 200 mm de diámetro, que correría desde un parque de tanques hasta una terminal marina en alta mar, una tubería de unos 4 km de longitud.
El proyecto comenzó en abril de 1997, la instalación se completó en agosto de 1998, y la primera exportación exitosa de cera tuvo lugar un mes después.
Aunque el equipo de gestión de la refinería estaba originalmente comprometido con una solución de trazado eléctrico, fueron persuadidos para ver propuestas de diseño comparativas y costos para ambas opciones de trazado, eléctrica y con vapor.
La aplicación de cera
El parámetro clave para esta aplicación crítica de trazado era proporcionar un control de temperatura estricto del producto a 80 °C, pero tener la capacidad de elevar la temperatura a 90 °C para condiciones de arranque o reflujo. Otros factores críticos incluían el hecho de que el producto se solidificaría a temperaturas por debajo de 60 °C, y se echaría a perder si se sometía a temperaturas por encima de 120 °C.
El vapor estaba disponible en sitio a 9 bar g y 180 °C, lo que inmediatamente presentaba problemas de temperaturas superficiales excesivas si se usara tubería de trazado de acero al carbono Schedule 80 convencional. Esto había sido propuesto por el contratista como una solución de trazado con vapor tradicional para la empresa petrolera.
La longitud total de tubería de trazador requerida era de 11,5 km, lo que significaba que la instalación de tubería de acero al carbono sería muy laboriosa, cara e impráctica. Con todas las juntas involucradas, no era una opción atractiva.
Sin embargo, los sistemas de trazado por calor con vapor de hoy son altamente avanzados tecnológicamente. Spirax Sarco y su socio en el proyecto, una firma especializada en trazado, pudieron proponer dos corridas paralelas de tubería de trazador de cobre aislado, que efectivamente pusieron una capa de aislamiento entre la tubería de producto y el trazador de vapor. Esto permitió el uso del suministro de vapor a 9 bar g, sin el potencial de puntos calientes que pudieran exceder la limitación crítica de 120 °C del producto.
El beneficio de instalación fue que como la tubería de trazador de vapor de cobre recocido dúctil usada estaba disponible en longitudes continuas de tambor, las corridas propuestas de 50 m tendrían un número limitado de juntas, reduciendo el potencial de fugas futuras de conectores.
Esto proporcionó una solución confiable y de bajo mantenimiento.
Después de cálculos exhaustivos de auditoría energética, y la producción de dibujos esquemáticos de instalación para fines de costeo, junto con algo de ingeniería cuidadosa, la propuesta fue usar el sistema de distribución existente de 9 bar g con tubería de acero al carbono de 15 mm para alimentar el sistema de trazado, junto con filtros y controles de temperatura. Se usó tubería de condensado de acero al carbono junto con trampas de trazado ligeras que minimizaron la necesidad de soportes fabricados sustanciales.
Las corridas típicas de trazador serían de 50 m de tubería de trazador de cobre aislado gemelo, instalada en las posiciones de las 4 y 8 alrededor de la tubería de producto, sujeta a la tubería de producto con bandas de acero inoxidable a intervalos de 300 mm.
Los costes de material e instalación para el trazado por calor con vapor fueron aproximadamente un 30% menos que la opción de trazado eléctrico. Además, los costes de funcionamiento continuos para el sistema de vapor serían una fracción de los de la opción eléctrica.
Antes de que la dirección de la empresa petrolera se comprometiera con un sistema de trazado por calor con vapor, no solo requirieron una garantía extendida del producto y una garantía de rendimiento de la planta, sino que insistieron en que se construyera un banco de pruebas para demostrar la adecuación del trazador autoactivado para una aplicación tan exigente.
Spirax Sarco pudo asegurarles de la adecuación del diseño remitiéndose a una instalación existente en otra parte de su planta, donde diez controladores autoactivados ya estaban instalados y funcionando exitosamente en el trazado por calor de líneas de transferencia de bombas.
La empresa petrolera quedó convencida de los beneficios del trazado por calor con vapor de la línea de producto de cera y procedió a instalar un sistema de trazado por calor con vapor.
Se realizaron encuestas más profundas de la ruta de la tubería de 4 km para permitir la producción de planos completos de instalación. La empresa también recibió capacitación en sitio para el personal sobre prácticas correctas y procedimientos de instalación.
Después de la instalación, el diseño de carga térmica se confirmó y el producto se mantuvo en los 80 °C requeridos.
Los ejecutivos de la empresa petrolera quedaron impresionados con el éxito del proyecto y eligieron instalar trazado por calor con vapor para otra línea de producto de cera de 300 m de largo en preferencia al trazado eléctrico, a pesar de que inicialmente estaban convencidos de que el trazado eléctrico era la única solución para aplicaciones críticas.