Optimice su Intercambiador de Calor para obtener ahorros energéticos y mejoras en eficiencia
por: Mario Franceschini-Salom, C.E.M. & Jaime Suarez, MSME
Un intercambiador de calor se define como un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.
En la mayoría de los procesos industriales y algunos comerciales existe la necesidad de calentar agua para uso doméstico o procesos de manufactura. Para estos propósitos se utilizan intercambiadores de calor, los cuales pueden utilizar como fuentes de calor, energía eléctrica, de vapor o agua pre-calentada.
Para propósitos de este escrito hablaremos de optimización de intercambiadores de calor utilizando vapor como fuente de energía térmica. Aplicaciones típicas tienden a ser calentadores de agua y/o fluidos usados en múltiples procesos de manufactura, procesos de esterilización y lavandería, entre otros. Debido a las propiedades físicas del vapor, utilizar este fluido en aplicaciones de esta índole brinda múltiples beneficios tales como ahorros en costos de utilidades y eficiencia térmica.
Dentro de los componentes típicos de una instalación tenemos las válvulas de control, el controlador, el intercambiador de calor y los componentes para el manejo del condensado producido. La válvula de control de alimentación de vapor modula utilizando como variable de control la temperatura de salida del agua o fluido a ser calentado. El controlador idealmente tipo PID (Proporcional, Integral y Derivado) ayuda a mantener la temperatura de salida del fluido a ser calentado lo más cerca posible del punto de control (setpoint). Hoy en día estos controladores tienen múltiples opciones para mejorar la seguridad y documentar el proceso.
Los cinco problemas más comunes con su intercambiador y cómo superarlos:
Problema #1: Válvula sobredimensionada causando pobre control de la alimentación de vapor al intercambiador.
Solución: Una válvula de control tipo globo satisface la mayoría de las aplicaciones de control de vapor. La misma debe ser dimensionada para manejar el flujo de vapor (no el tamaño de la tubería). La válvula debe utilizar un actuador neumático (o eléctrico de ser necesario) y un posicionador electro-neumático. Usar una válvula de aislación automática para aislar el intercambiador cuando no esté en uso tambien es recomendado (ver problema#2).
Problema #2: Fuga en la válvula de alimentación de vapor hacia el intercambiador.
La válvula de alimentación en posición cerrada de tener pase, puede causar pérdidas energéticas y problemas de seguridad.
Solución: Utilizar Válvula de aislación automática para aislar el intercambiador cuando no esté en uso.
Problema #3: Controlador anticuado con pobre control del proceso.
Solución: Controlador Electrónico tipo PID. Sensor de temperatura moderno y con exactitud aceptable. Utilzar sensor de flujo y/o presion como parte de la logica de control tambien traen beneficios en proceso y seguridad. Controladores modernos pueden documentar consumos de energia del intercambiador, una informacion valiosa para el personal de operaciones y utilidades.
Problema #4: Problemas con la descarga del condensado.Eventos donde la contra-presión del condensado en la salida del intercambiador es mayor que la presión (entrada) de la cavidad del intercambiador. Esto crea una situación llamada en ingles "Stall" donde el condensado se atapona y comienza a acumularse dentro del intercambiador, en esencia se ahoga con condensado. Esta acumulación afecta la transferencia de calor, longevidad de la unidad y se puede convertir en un riesgo de seguridad.
Solución: Trampa de vapor / "Steam Trap" que no acumule condensado y remueva el aire en la línea. Las trampas ideales para aplicaciones de proceso son las Flota & Termostática (FT), las mismas descargan el condensado muy cerca de la temperatura de vapor saturado. Las trampas de vapor idealmente descargan por gravedad hacia un recibidor atmosférico para ser regresado al cuarto del caldera por medio de una bomba de retorno de condensado. Una bomba-trampa ("Pump-Trap") de vapor puede ser utilizada en el evento que la salida de condensado no tenga la presión necesaria para subir hasta la línea de retorno de condensado. Las bombas-trampas son sumamente convenientes ya que no usan recibidor atmosférico, reducen perdidas de vapor por la ventosa y aseguran siempre mantener el intercambiador libre de condensado acumulado.
Problema #5: Fouling El ensuciamiento de los intercambiadores de calor puede definirse como la acumulación de depósitos no deseados en las superficies de transferencia de calor. Estos depósitos imponen una resistencia adicional a la transferencia de calor y una disminución del área de flujo, lo que da como resultado una mayor velocidad para un flujo volumétrico dado. Todo esto nos lleva a una reducción en la eficiencia del intercambiador y otros problemas operativos asociados, incluida una caída de presión excesiva en el intercambiador. Dentro de los tipos comunes de ensuciamiento tenemos el químico, el biológico, por deposición y por corrosion.
Solución: El ensuciamiento de tipo químico puede minimizarse mediante un control cuidadoso de la temperatura de la pared del tubo en contacto con el fluido o eliminando el mineral con potencial de depositarse. Cuando se produce ensuciamiento biológico normalmente se elimina mediante tratamiento químico o procesos de cepillado mecánico. El ensuciamiento por deposición de las partículas contenidas dentro del fluido se puede prevenir manteniendo la velocidad del fluido por encima del nivel crítico de diseño. Mediante la selección cuidadosa de los materiales de construcción del intercambiador de calor, alineados con la naturaleza del proceso y las condiciones operacionales, se puede minimizar el ensuciamiento por corrosión.
Beneficios que brinda optimizar su intercambiador de calor
1. Mejoras en calidad de producto al tener un intercambio de calor óptimo y con menos fluctuaciones 2. Mejoras en el control de temperatura del agua o fluido a ser calentado 3. Ahorros energéticos de combustible 4. Ahorros en agua de alimentación y reducción en emisiones. Nos toca a todos conservar este recurso esencial para nuestras vidas. Otros componentes auxiliares que se deberían considerar dependiendo el tipo de aplicación 1. Separador de humedad para mejorar la calidad de vapor y mejor transferencia de calor 2. Vacuum Breaker 3. Air Vent
En la mayoría de los procesos industriales y algunos comerciales existe la necesidad de calentar agua para uso doméstico o procesos de manufactura. Para estos propósitos se utilizan intercambiadores de calor, los cuales pueden utilizar como fuentes de calor, energía eléctrica, de vapor o agua pre-calentada.
En el siguiente video pueden ver en detalle lo discutido en el Webinar:
Trabajar con este tipo de optimización es el día-día de nuestro equipo en M. R. Franceschini, Inc. Nos encantaría ayudarlos con sus proyectos de optimización, haga click aquí para mas información o llámenos al 787-622-7080 y procure por uno de nuestros especialistas. #atodovapor