Hay dos criterios importantes que deben cumplirse para suministrar vapor seco a los procesos. Uno es la generación de vapor por medio de un generador de vapor bien diseñado, y el otro es la eliminación del condensado—que se forma cuando la vapor se condensa en las tuberías en su camino a los procesos—con tuberías de vapor correctamente diseñadas.
Al seleccionar la presión de funcionamiento de una caldera, el valor de la presión seleccionada no debe exceder el de la presión máxima requerida por sus procesos; las calderas no pueden generar vapor seco si su presión de funcionamiento es 20% menor que su presión de diseño.
La generación de vapor seco está directamente relacionada con la presión de funcionamiento, es decir, esta última no debe caer. La capacidad del generador de vapor debe seleccionarse en consecuencia en las instalaciones con picos de demanda. Si la capacidad de vapor es insuficiente, ocurrirá una caída de presión, y habrá arrastre de agua en las tuberías, independientemente del tipo de generador de vapor.

Uno podría pensar que, en los picos de demanda, habrá no caída de presión en las calderas debido a la acumulación de vapor; o que los generadores de vapor experimentarán caída de presión y generarán vapor húmedo, ya que no hay acumulación de vapor.
Ese no es el caso como explicamos en nuestra respuesta a la pregunta: “En las demandas máximas, ¿cuál es mejor: una caldera escocesa o un generador de vapor?”.

Debido a las perdidas de radiación, el vapor seco generado se condensará en las líneas de distribución de vapor. Para eliminar el condensado, la tubería principal debe instalarse con un pendiente de 1/70.
Además, conjuntos de trampas de vapor deben instalarse en las líneas de vapor y en su extremo; separadores deben colocarse delante de los procesos.

Además, las partículas sólidas, erosionadas de las tuberías y transportadas por el vapor, pueden entrar en los procesos. La eliminación de las rebabas de soldadura, especialmente para las fábricas recien instaladas, puede durar semanas, o incluso meses.
Por lo tanto, un filtro de malla 100 debe instalarse en la entrada de todos los procesos que utilizan vapor, y dicho filtro debe limpiarse periódicamente.

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En el mercado, los sistemas con una capacidad relativamente baja y capaces de generar vapor rápidamente en comparación a las calderas se denominan generadores de vapor.
De hecho, generadores de vapor pueden considerarse versiones pequeñas de calderas acuotubulares que se utilizan a altas presiones y altas capacidades.
Para que un sistema se denomine generador de vapor, debe ser de tipo acuotubular; los sistemas de diseño pirotubular se denominan calderas escocesas.
Mientras que las calderas generan vapor en 30 a 90 minutos, los generadores de vapor generan vapor en 3 a 5 minutos a la presión deseada. Por lo tanto, generadores de vapor permiten una reducción significativa de los costos en la primera operación.

Los generadores de vapor tienen aproximadamente 1/10 del volumen de agua en las calderas. Además, el agua no se almacena en un tanque sino que pasa a través de los tubos. Por lo tanto, los generadores de vapor tienen cero riesgo de explosión. De hecho, pueden instalarse legalmente cerca de zonas residenciales.

Los generadores de vapor pueden generar vapor a la cantidad requerida cuando sea necesario. Por lo tanto, se requiere una buena automatización y sincronización entre el sistema de agua de alimentación y el sistema de combustión. De contrario, se puede generar vapor húmedo o supercalentado.

Dado que el agua no se almacena en el cuerpo en los generadores de vapor, no se requiere la purga de superficie o de fondo. En contraste con las calderas de vapor, esta es una gran ventaja en términos de reducción de pérdidas.

En general, los generadores de vapor se producen para capacidades entre 100 y 4000 kg/h.
Sin embargo, Jenesis, gracias a su Sistema HUB, puede generar vapor a capacidad ilimitada.

Como resultado de los estudios realizados por el equipo I&D de Jenesis en los últimos 10 años, al superar las limitaciones de los generadores convencionales, Jenesis comenzó a producir generadores de vapor con características mejoradas, de alta eficiencia y bajos costos operativos.

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Los generadores de vapor solo contienen 1/10 del volumen de agua en las calderas. Además, en los generadores de vapor, este volumen de agua no se almacena fuera de las tuberías; agua fluye a través de ellas. Por lo tanto, los generadores de vapor no tienen riesgo de explosión.

Recientemente, dada la importancia atribuida a la continuidad del negocio, la seguridad y salud laboral se ha vuelto más valorada. Los efectos de una explosión de caldera son varios; dicho evento tendrá impactos físicos y psicológicos en la vida de un individuo.

Los generadores de vapor son preferibles por varias razones, como los relativamente bajos costos para instalar una sala de calderas separada, el uso efectivo del sitio, los aspectos de la seguridad y salud laboral, así como los bajos costos de operación.

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Para eliminar los gases corrosivos como el oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2) en el agua de alimentación, el agua debe calentarse.
Mientras que el CO2 se elimina completamente del agua a 65 °C y más, el O2 se elimina completamente a 102 °C.
Dado que, en algunas instalaciones, la temperatura del tanque de condensado aumenta automáticamente a 85–90 °C, no se requiere desgasificador; para evitar la corrosión, la cantidad restante de O2 puede neutralizarse, a costos iniciales y operativos relativamente bajos, por medio de secuestrantes de oxígeno.

En calquier caso, las temperaturas del agua de alimentación varían entre 85 y 105 °C. Al bombear agua de alimentación a los generadores de vapor, se forma vacío en el lado de aspiración de la bomba. Debido a la alta temperatura del agua de alimentación en condiciones de vacío, la cavitación se produce como resultado de la evaporación del agua y la expansión volumétrica.

Para evitar la cavitación, reducir la temperatura del tanque de condensado drenando el condensado caliente y reemplazándolo por uno frío no es el método correcto, ya que implica pérdidas de energía, costos adicionales de tratamiento de agua (porque el agua de alta calidad ha sido drenada), y puede causar corrosión.

Por lo tanto, al instalar tanques de condensado o desgasificadores a una cierta altura, la bomba de agua de alimentación debe funcionar con un NPSH alto, es decir, la altura de aspiración positiva neta a la entrada de la bomba. Por ejemplo, se requiere que un desgasificador funcionando a 105 °C esté instalado al menos a 5 m por encima de la bomba.

Si el tanque de condensado o el desgasificador no puede colocarse más arriba, una bomba de circulación relativamente barata puede instalarse entre el tanque y la bomba de agua, para prolongar la vida útil de la bomba de agua de alimentación.
Las bombas de circulación vehiculan el agua a alta temperatura del tanque de condensado o desgasificador a la bomba de agua de alimentación principal y previenen la cavitación en esta última al crear una presión positiva en su lado de aspiración.

Además, hay modelos de bombas de alimentación de agua utilizadas en generadores de vapor que están equipados con una camisa de refrigeración. Para evitar que el agua de alimentación caliente dañe la estructura interna de la bomba, agua fría circula a través de la camisa dentro de la cual está encerrada la bomba, así protegiéndola.

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Hay dos factores cruciales que afectan la eficiencia de generación de vapor: eficiencia de combustión y eficiencia de transferencia de calor.
La selección del quemador es muy importante para alcanzar una eficiencia de combsutión alta.

Con la tecnología actual, no es suficiente elegir un quemador modulante en lugar de uno de una o dos etapas.
Entre los quemadores modulantes, hay modelos con modulación mecánica y modulación electrónica; entre estos modelos hay tipos de bajo NOx que son ecológicos.
Además, la eficiencia de combustión puede especificarse mediante clasificaciones como Clase I, II, III.
Por otra parte, para una combustión de alta eficiencia, usted no debe seleccionar su quemador según el límite de la capacidad de vapor.

Los ajustes de combustión de los quemadores se configuran según la presión instantánea del gas y las condiciones del aire. Sin embargo, dado que estos valores cambian con el tiempo, la configuración de la combustión también se ve afectada.
Por lo tanto, para garantizar que los parámetros de combustión estén constantes, se recomienda el uso de los sistemas de ajuste de oxígeno, que pueden ajustar continuamente los parámetros de combustión, dependiendo de la cantidad de oxígeno en la chimenea.

Por otro lado, es crucial transferir la energía de la combustión al agua en las tuberías.
Al analizar la capacidad de los generadores de vapor (en kg/h), también es necesario tener en cuenta la superficie de transferencia de calor (en m2). Este es porque la energía de combustión puede perderse en la chimenea antes de que pueda transferirse al agua.

En un generador de vapor ideal, con gas como combustible, el diseño se realiza con el supuesto de que se puede generar 40 kg/h de vapor por cada 1 m2 de superficie.
En los generadores de vapor con área de transferencia de calor reducida, la eficiencia disminuye y se produce vapor húmedo.
Por ejemplo, un generador de vapor con una capacidad de 5000 kg/h no debe tener un área de transferencia de calor inferior a 5000 x 40 = 125 m2.

Otro factor importante es el número de pasadas de las tuberías en el generador de vapor; idealmente, un generador de vapor debe tener tres pasadas de tuberías.
La eficiencia es menor en generadores con una o dos pasadas. En ese caso, se producen grandes pérdidas dado al aumento de los costos operativos.

Además, el uso de un controlador modulante para el agua de alimentación y la reducción de las cargas máximas del quemador contribuyen a la generación de vapor de mayor calidad.
También, al elegir una bomba de agua de alimentación controlada por frecuencia, se puede ahorrar electricidad.

En los generadores de vapor, la temperatura de los gases de combustión puede estar en el rango de 200–350 °C. Por lo tanto, es importante recuperar la energía que estos gases contienen.
Los economizadores, dispositivos que nos permiten transferir la energía de los gases de combustión al agua; y los recuperadores, para transferir la energía de los gases de combustión al aire, deberían ser componentes imprescindibles de los generadores de vapor.

Cabe señalar que, al recuperar el calor de los gases de combustión, cada disminución de 20 °C corresponde a un aumento de aproximadamente 1% en la eficiencia del generador.
Por ejemplo, en un generador de vapor, si la temperatura de los gases de combustión se reduce de 240 °C a 120 °C, entonces se puede alcanzar un ahorro de energía de 120/20 = 6%.

Aunque no hay pérdidas debido a la purga en los generadores de vapor, si usted posee un generador de vapor pirotubular, se puede recuperar la energía de la purga de superficie y la del fondo.
Mediante un sistema de recuperación de vapor flash instalado en la salida del sistema de purga de superficie, se extrae el calor de la purga y luego se drena el agua fría.

En las instalaciones que usan desgasificadores, una cantidad de vapor se descarga al exterior con los gases incondensables por el venteo. La energía de este vapor, que se descargó sin ningún control, puede recuperarse.
Al usar intercambiadores de calor hechos de materiales especiales con alta resistencia a la corrosión, se puede ahorrar energía mediante de la recuperación del calor del vapor descargado.

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Para añadir a nuestra respuesta a la pregunta “¿Cómo puedo generar vapor más eficientemente?”, los siguientes son 4 maneras importantes para reducir los costos de producción de vapor:

– Producción de agua caliente usando JetPack

En la mayoría de las instalaciones, para satisfacer las demandas energéticas máximas, se utilizan tanques de acumulación o termotanques.
En tales sistemas donde se almacena un gran volumen de agua, las pérdidas de radiación ocurren continuamente dentro de las 24 horas.
El intercambiador de calor tubular en un termotanque tiene una eficiencia menor en comparación con un intercambiador de calor de placas, y es difícil de mantener y repararlo.

Debido al riesgo para la enfermedad del legionario, el agua caliente debe almacenarse a una temperatura al menos de 65 °C, lo que aumenta los costos operativos.
En lugar de los sistemas antes mencionados, el uso del sistema de producción de agua caliente JetPack, que no requiere tanques de acumulación y puede satisfacer las demandas máximas, permite ahorro de energía.

– Controlar la eficacia del aislamiento

Dado que se encuentran debajo de las láminas de aislamiento, la eficacia de las capas aislantes es desconocida.
Por lo tanto, se requiere medir dicha eficacia mediante cámaras térmicas y realizar las mejoras necesarias. Aplicar aislamiento a las tuberías no aisladas y a las válvulas permiten ahorros considerables de energía.

Además, ha habido interés significado en recubrimientos aislantes para las instalaciones donde no se pueden utilizar los materiales aislantes estándar.

– Instalar un sistema de recuperación de vapor flash

El vapor flash de las líneas de retorno no debe descargarse a la atmósfera por la válvula de venteo.
En cambio, el vapor flash y el condensado se separan por medio de un sistema de recuperación de vapor flash, ubicado antes del tanque de condensado.
El condensado se envía luego a su tanque de condensado con su energía intacta, y el vapor flash se puede utilizar para calentar agua o aire.

– Instalar un sistema de monitoreo de trampas de vapor

Cuando las trampas de vapor no funcionan correctamente, pueden permanecer cerradas, prolongando así el tiempo de producción en los procesos; o permanecer abiertas, causando el escape de vapor vivo.
Aunque se seleccionan trampas de la mejor calidad, es posible que no funcionen en un corto período de tiempo debido a errores de instalación, golpe de ariete de las tuberías, o impurezas.
El costo del vapor escapado o la pérdida de producción es bastante alto en comparación con el costo de las trampas de vapor.
Por lo tanto, tener un sistema en línea que pueda monitorear el estado de las trampas de vapor, es decir, si las trampas de vapor funcionan correctamente es esencial para rastrear y minimizar las pérdidas.

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Los generadores de vapor de la serie SHS y el sistema HUB producido por Jenesis son de diseño acuotubular y contienen 1/10 del volumen de agua en las calderas.
Además, el agua no se almacena estáticamente fuera de las tuberías, sino que fluye a través de ellas.

Además, según nuestros estándares de diseño, la presión máxima que pueden soportar las tuberías es cerca de 250 barg a las temperaturas del vapor.
Estas tuberías de diseño especial no solo pueden soportar presiones muy elevadas, sino que también son diseñadas con mayor resistancia a la corrosión.

Según nuestro estándar, las presiones de diseño de los generadores de vapor Jenesis son entre 3 y 10 barg. A petición, los generadores pueden producirse a presiones de diseño más altas.
Debido a estas características, los generadores de vapor Jenesis tienen cero riesgo de explosión.

Gracias al sistema HUB, no hay límite en la capacidad de los módulos, que están conectados en cascada; las salas de calderas pueden instalarse en consecuencia.
Con el sistema HUB, para generar vapor de capacidad 30 t/h, las salas de calderas pueden acomodar 10 módulos de 3 t/h cada uno en cascada.

Dependiendo de los requisitos, debido a su sistema de automatización, el sistema HUB puede operar tantos módulos como sea necesario mientras los mantiene a su máxima eficiencia.
Además, se observa que, al registrar sus tiempos de funcionamiento individuales, los módulos pueden ser operados de manera que hayan tenido el mismo tiempo de funcionamiento dentro de un cierto período de tiempo.

Otra ventaja que ofrece un sistema tan flexible a las fábricas es que, si por alguna razón hay un cambio en la capacidad de producción, los módulos se operan con la mayor eficiencia y, según las demandas, solo se operan un cierto número de módulos para cumplir la capacidad de vapor requerida, reduciendo así los costos operativos.

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Uno de los parámetros más importantes que indican la eficiencia de los generadores de vapor es la temperatura de los gases de combustión; cuando mayor sea la temperatura de los gases, menor es la eficiencia del generador de vapor.

Aquí hay cuatro razones por las cuales la temperatura de los gases de combustión puede aumentar:

– Primero, el diseño del generador de vapor es esencial. En diseños con una o dos pasadas, se espera una alta temperatura de los gases de combustión. Por lo tanto, idealmente, recomendamos el uso de generadores de vapor con tres pasadas. Independientemente del número de pasadas, el generador debe tener suficiente área de transferencia de calor.
Un generador de vapor está diseñado asumiendo que se genera 1000 kg/h de vapor por cada 40 m2 de área. Por ejemplo, un generador de vapor con una capacidad de 5 t/h no debe tener menos de 5 x 40 = 200 m2 de área de transferencia de calor.

Si hay menos área, la energía de los gases no puede transferirse adecuadamente al agua y se desperdicia cuando los gases se descargan a temperaturas más altas. Por lo tanto, su eficiencia disminuye y sus gastos de combustible aumentan.

– Segundo, la eficiencia de combustión de los quemadores es uno de los factores que afectan directamente la temperatura de los gases de combustión. Por lo tanto, es ventajoso vigilar continuamente el funcionamiento del quemador.
A veces, para responder rápidamente a las demandas máximas, la combustión puede ocurrir con exceso de combustible y menos oxígeno en la mezcla, es decir, puede producirse una combustión rápida pero ineficiente en respuesta a las demandas.
Las ventajas y desventajas de este método deben evaluarse para llegar a soluciones más efectivas.

Por otro lado, dado que las regulaciones estacionales de los ajustes del quemador dependen de la presión del gas y las condiciones atmosféricas en el momento de ajustes, y que las condiciones del aire o la presión del gas pueden cambiar dentro de horas, la calidad de combustión disminuirá; la temperatura de los gases de combustión aumentan mientras que le eficiencia disminuye.
Por lo tanto, la solución ideal es ajustar la configuración de la combustión en forma instantánea mediante el monitoreo de la cantidad de oxígeno en la chimenea por medio de un sistema de ajuste de oxígeno.

– Otro punto crucial es la eficiencia de la transferencia de calor de los gases de combustión al agua.
Dado que las incrustaciones en las superficies afectan la transferencia de calor, se desperdicia la energía de los gases; los gases de combustión se descargan a la atmósfera sin que su energía se extraiga adecuadamente.
La ausencia de incrustaciones depende de la calidad del agua de alimentación y su suministro continuo.
Además, si no se mantienen los niveles de conductividad dentro de los límites aceptables, se formarán incrustaciones en los generadores de vapor.
Es importante que el agua de alimentación sea de dureza cero y, si posible, tenga baja conductividad.
Si se utiliza un generador de vapor pirotubular, sus purgas deben realizarse mediante sistemas de purga automáticos.

– Si se cumplen todas las condiciones óptimas, es decir, la calidad de combustión es alta con ajuste de oxígeno; el agua es de alta calidad utilizando un sistema de ósmosis inversa; y hay suficiente superficie de transferencia de calor, la energía de los gases de combustión debe extraerse por medio de un economizador.
Es posible aumentar la eficiencia entre un 5 y un 8% utilizando economizadores con o sin condensación.

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En fábricas sin desgasificadores, la temperatura del tanque de condensado debe estar entre 80 y 90 °C. A temperaturas iguales o inferiores a 80 °C, hay una gran cantidad de oxígeno (O2) disuelto en el agua.
Este O2, al ingresar el sistema con el agua, conduce a la corrosión de los componentes internos del generador de vapor, lo que reduce la vida útil del sistema. Este es un gran riesgo y significa mayores costos.

Si bien los secuestrantes de oxígeno pueden utilizarse para remover el O2 en el tanque de condensado, la cantidad de productos químicos a dosificar aumenta ya que la cantidad de O2 aumenta parabólicamente a temperaturas inferiores a 80 °C.
Añadir una cantidad excesiva de productos químicos al agua incurre altos costos y hace que el agua se sature en un corto período de tiempo.
Para que los productos químicos estén efectivos, se debe drenar el agua saturada, es decir, se aumenta la cantidad de agua para la purga y el agua drenada es reemplazada con agua dulce.
Los costos operativos aumentarán ya que el agua drenada está caliente y ha sido tratada. Por lo tanto, las temperaturas inferiores a 80 °C no son razonables.

Del mismo modo, las temperaturas superiores a 90 °C son indeseables debido a la posibilidad de cavitación en las bombas de agua de alimentación; las pérdidas de radiación del tanque de condensado aumentarán y la vida útil de la bomba se acortará.
Si su termómetro no está defectuoso, la temperatura del tanque de condensado puede aumentar debido a 4 razones principales:

– Es posible que, debido a las fugas en las trampas de vapor, no solamente el condensado y vapor flash llegan al tanque de condensado, sino también vapor vivo.
Las trampas de vapor con fugas pueden ocasionar serias pérdidas en los procesos, elevar la temperatura del tanque de condensado, y dañar las bombas de agua de alimentación.
Por lo tanto, las trampas de vapor deben monitorearse regularmente, y las fugas deben manejarse adecuadamente.

– Otro problema es que los operadores abren la tubería de bypass para reducir el tiempo de funcionamiento de los procesos y resolver el problema del vapor húmedo. Los operadores que optan por este enfoque desconocen el daño que causan, especialmente en el caso de trampas de vapor defectuosas o seleccionadas incorrectamente. Por lo tanto, es importante asegurar que los operadores estén capacidados, que se seleccionen las trampas de vapor adecuadas, y que las trampas de vapor funcionen correctamente.

– Debido a la falla del sistema de control del agua de alimentación, ya que solo el condensado fluye hacia el tanque y el agua se suministra manualmente a ciertos intervalos, la temperatura del tanque de condensado varía dentro de un amplio rango. Por lo tanto, es esencial asegurar que el controlador del nivel de agua funcione correctamente.

– Otro punto crucial es el venteo del tanque de condensado; es posible que no esté dimensionado adecuadamente o esté cerrado. Los tanques de condensado deben estar a presión atmosférica. En el caso de sistemas cerrados de tanque de condensado, es decir, sistemas de tanques presurizados, todos los procesos y trampas de vapor deben diseñarse en consecuencia.
Dado que el 99% de las instalaciones son fáciles de operar, están diseñadas con un sistema de condensado abierto. Por esta razón, se recomienda que el vapor flash, que viene con el condensado de las líneas de retorno, se separe por medio de un sistema de recuperación instalado antes del tanque de condensado.

Para las instalaciones sin dicho sistema, el vapor flash debe descargarse a la atmósfera a través del venteo del tanque de condensado. En ese sentido, el diámetro del venteo debe elegirse de manera que todo el vapor flash no se acumule en el tanque, sino que esté totalmente descargado.
De lo contrario, la temperatura y la presión del tanque aumentarán.

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La calidad del agua es fundamental para la generación de vapor; afecta el funcionamiento normal, la eficiencia e incluso la vida útil del sistema.
Cuando el agua pasa de un estado líquido a un estado gaseoso, es decir, duranto el cambio de fase, dado que las partículas sólidas presentes en el agua no pueden transportarse con el vapor cuando sale del generador de vapor, las partículas sólidas se acumulan en el agua restante.
Si hay arrastre de agua en el sistema, dichas impurezas están contenidas dentro de las gotas de agua en el vapor y pueden ingresar en los procesos. Las partículas sólidas transportadas junto con el agua pueden depositarse en las superficies de transferencia de calor, causando una disminución en la eficiencia y fallos de funcionamiento de las trampas de vapor.
Estamos hablando de graves pérdidas energéticas; incluso incrustaciones de 1 mm de espesor, que puede parecer insignificante a simple vista, puede resultar en una disminución del 8% en la eficiencia.
Debido a las razones antes mencionadas, agua de durez cero debe alimentarse a todos los generadores de vapor para evitar la formación de incrustaciones.

Las partículas sólidas que quedan en los generadores de vapor se acumulan en las superficies de transferencia de calor, lo que reduce la eficiencia, provoca corrosión e induce estrés térmico en la estructura.
Como resultado, la cantidad de partículas sólidas, que aumentan la conductividad eléctrica del agua, debe mantenerse dentro de los límites aceptables por medio de sistemas de purga automáticos.
Sin embargo, dado que se drena una cantidad significativa de agua caliente, es decir, se desperdicia energía durante el proceso de purga, debe haber un sistema de recuperación de calor en la salida del sistema de purga o se debe reducir el volumen de purga.

Un método para reducir la cantidad de purga es mediante ósmosis inversa.
Con las partículas sólidas en el agua de alimentación eliminadas y la conductividad reducida a niveles muy bajos (5-25 ppm), la acumulación de partículas sólidas en el generador de vapor disminuirá significativamente y se minimizará el volumen de purga.
Por lo tanto, es imperativo que el agua de alimentación de dureza cero se alimente a los generadores de vapor. Idealmente, recomendamos que el agua de alimentación tenga dureza cero y baja conductividad.

Otro tema crítico es la eliminación de gases disueltos como el oxígeno y el dióxido de carbono presentes en el agua. Dado que estos gases son muy corrosivos, deben eliminarse antes de alimentar el agua al generador de vapor.
Esto se puede lograr de dos maneras: usar desgasificadores térmicos (convencionales), calentar el agua usando vapor vivo, los gases disueltos y una cierta cantidad de vapor se descargan a la atmósfera; o usar secuestrantes de oxígeno mientras mantener la temperatura del tanque de condensado encima de 80 °C.

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En comparación con las calderas pirotubulares, los generadores de vapor son de hecho calderas acuotubulares con capacidad relativamente baja.
En ambos diseños, pueden utilizarse quemadores del mismo tipo y capacidad.
Si están diseñados correctamente, se puede generar vapor seco de alta calidad tanto en las calderas pirotubulares como acuotubulares.
Vapor puede generarse utilizando estas calderas o sistemas similares, y se puede utilizar en todos los sectores.
Independientemente del tipo de industria, los generadores de vapor pueden generar vapor de alta calidad a presión constante.
Los procesos o las industrias pueden tener diferentes hábitos de consumo de vapor. Esto puede afectar la selección de la capacidad según las demandas máximas calculadas y el tiempo de funcionamiento.
En cualquier caso, se pueden utilizar generadores de vapor pirotubulares y acuotubulares.

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Cuando reducimos la presión de operación en el generador de vapor, ocurren 4 situaciones.

Primero, si entre los generadores de vapor, usted utiliza los del tipo acuotubular, la reducción de la presión de funcionamiento no afecta la calidad del vapor.
Sin embargo, en los sistemas pirotubulares, si la presión de funcionamiento es 20% menor que la de diseño de la caldera, la generación de vapor húmedo aumenta debido a los cambios relativos en el nivel del agua.
En ese caso, surgen problemas como la erosión, la corrosión, el golpe de ariete y la caída de eficiencia.
En toda la instalación, estos problemas pueden ocurrir de manera imprevista o impredecible.

Cuando la presión de vapor disminuye, la energía requerida para generar vapor, es decir, la cantidad de combustible requerida disminuye. Sin embargo, esta disminución en el consumo de combustible puede ser menor que la cantidad esperada.
Por ejemplo, si usted quiere operar una caldera con presión de funcionamiento de 10 barg (hg = 2781,7 kJ/kg) a 6 barg (hg = 2763,5 kJ/kg), dado que la mayor demanda en su proceso es de 6 barg, la cantidad de combustible requerida disminuirá solamente en (2781,7 – 2763,5)/2781,7 = 0,0066, es decir, 0,66%.

Bajar la presión también bajará la temperatura; por ejemplo, mientras que la temperatura de saturación es de 184 °C a 10 barg, cae a 165 °C a 6 barg.
Por lo tanto, cuando la temperatura del vapor que fluye a los procesos disminuye, también las eficiencias de los procesos disminuirán.
Recordamos la relación Q=U×A×ln⁡(∆T).
En esta expresión, si la diferencia de temperatura ∆T disminuye, la cantidad de transferencia de calor también disminuirá ya que la superficie (A) y el coeficiente de transferencia de calor (U) permanecen constantes.
En nuestro ejemplo anterior, donde la presión de funcionamiento es de 6 barg en lugar de 10 barg, la temperatura disminuirá en (184 – 165)/184 = 0,1033, es decir, 10%.
Esto significa que el tiempo de funcionamiento de su proceso será aproximadamente un 10% más largo y su capacidad de producción se reducirá en un 10%.

Otro punto crucial a considerar es que, si las líneas de vapor y de condensado se han diseñado para alta presión, es posible que su instalación no pueda transportar la capacidad de vapor requerida, al reducir la presión de funcionamiento.
Esto se debe a que el diámetro de la tubería debe ampliarse cuando cae la presión. De lo contrario, el vapor cuya velocidad ha excedido los límites permitidos causa más erosión y golpe de ariete. Además, debido a la alta velocidad, la caída de presión aumenta y también las pérdidas en la instalación.

Por lo tanto, recomendamos lo siguiente: no se debe reducir la presión de funcionamiento de los generadores de vapor; esos deben funcionar a la presión para la que están diseñados; el vapor debería llevarse a los procesos a alta presión, y la presión del vapor debería reducirse mediante una estación reductora de presión instalada cerca de los procesos.

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Los gases corrosivos como el oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2) en el agua de alimentación deben eliminarse antes de que el agua ingrese al generador de vapor.
Esto puede lograrse de dos formas. El primer método consiste en calentar el condensado; el CO2 se habrá eliminado del agua de alimentación a una temperatura de 65 °C y el O2 a 102 °C.
El segundo método es el uso de secuestrantes de oxígeno para neutralizar los gases corrosivos.
La temperatura del condensado, excepto en algunos sectores, debido a un alto retorno de condensado, puede alcanzar 70–90 °C. En ese caso, se eliminó todo el CO2. Luego se requiere remover el O2 del agua y descargarlo.

Cuando se utilizan desgasificadores térmicos o convencionales, la temperatura del condensado se eleva a 105 °C alimentando vapor vivo al dispositivo. Para evitar la cavitación en la bomba de agua de alimentación, el desgasificador debe ubicarse al menos a 5 m por encima de la bomba.
En este caso, una sala de calderas con una altura de al menos 10 m es necesaria. Si la altura es insuficiente, puede utilizarse un desgasificador compacto.

El desgasificador compacto, un sistema en el que se agrega un domo desaireador al tanque de condensado existente, funciona a la temperatura del tanque de condensado. Sin embargo, las 2 diferencias más importantes son la presión constante y la distribución homogénea de la temperatura.
La temperatura puede alcanzar 105 °C en los desgasificadores convencionales, mientras que en los desgasificadores compactos, el condensado se mantiene a una temperatura constante entre 85 y 90 °C.
En los desgasificadores convencionales, todo el O2 se elimina y se descarga con una pequeña cantidad de vapor. Por el contrario, en desgasificadores compactos, la cantidad restante de O2 en el tanque de condensado, cuya temperatura está entre 80 and 90 °C, se elimina por medio de secuestrantes de oxígeno.

Por ejemplo, para una instalación con un generador de vapor de capacidad de 5 t/h, comparar la inversión inicial y los costos operativos entre las dos opciones nos ayudará a decidir.

Los costos de inversión inicial son altos para desgasificadores convencionales. El costo de un tanque presurizado distinto y un domo desaireador en acero inoxidable variará de una empresa a otra, pero con todo el equipo asociado, ascenderá en torno a 20 000 €.
Los costos operativos pueden dividirse en dos: pérdidas de radiación de las paredes y los costos del vapor evacuado.
Las pérdidas de radiación debidas a un domo desaireador distinto también deben agregarse a los costos operativos.

Considere un recipiente de almacenamiento de un desgasificador con una capacidad de 5 m³. Cerrando todas sus válvulas y suponiendo que, en 1 hora, la temperatura habrá bajado de 105 °C a 100 °C:
Q=m ×c×(T_2-T_1 )=5000 ×1×(105-100)=25 000 kcal en 1 h, es decir, 25 000 kcal/h. El caudal volumétrico del gas natural correspondiente es: ((25 000 kcal⁄h))⁄((8250×0,9)=3,37 m^3⁄h).

Si tomamos el precio del gas natural como 0,25 € y que el sistema se utilizará 20 horas al día, 300 días al año: 3,37×0,25×20×300=5055 €⁄año se obtiene.
El costo aproximado anual de las pérdidas energéticas de las paredes del desgasificador se puede calcular mediante el método anterior.

La cantidad de vapor que se evacua a través de la válvula de venteo puede calcularse de la siguiente manera. En general, se utiliza una válvula de venteo DN25, ella se opera de forma totalmente manual y debe dejarse parcialmente abierta.
El vapor que sale de la válvula ascenderá máximo de 50–100 cm y, dependiendo del caudal de aire, fluirá hacia la izquierda o hacia la derecha.
Por lo tanto, aunque puede descargarse una cantidad de vapor, el O2 separado también se
explulsa.

Aunque una válvula DN25 varía de un fabricante a otro, podemos tomar el valor promedio de Kv como 12. Además, suponiendo que apxomimadamente 1/3 de la válvula esté abierte, el valor de Kv es 4.
Si usted tiene datos más específicos sobre su instalación, puede obtener valores más precisos para sus aplicaciones con las siguientes fórmulas.
Sabemos que nuestro desgasificador (convencional) funciona a una presión de al menos 0,2 barg. En este caso:
M = 12 x Kv x P1 √ 1 – 5,67 (0,42 – χ)² , χ = (P1 – P2)/P1 bara

Se puede determinar a partir de las relaciones anteriores que se descargará 46 kg/h de vapor.
Al suponer que el precio de 1 t de vapor es 20 €, y que el generador funciona 20 horas al día, 300 días al año, el costo asciende a 46/1000 x 20 x 20 x 300 = 5520 €/año.
En este escenario, los costos de inversión inicial del desgasificador son de hasta 20 000 €, con costos de operación anuales de hasta 10 000 €.

Como segunda alternativa, se deben hacer estimaciones para instalaciones que usan desgasificadores compactos o instalaciones cuyos tanques de condensado ya están a una temperatura entre 80 y 90 °C.

Si solo se usa un tanque de condensado, no hay costo de inversión inicial. Como no habrá un recipiente de almacenamiento adicional, no se producirán pérdidas de radiación.

En las instalaciones que utilizan un desgasificador compacto, los costos de inversión inicial son de unos 10 000 €. No habrá pérdidas de radiación adicionales ya que el desaireador está instalado encima del tanque de condensado.

Se requieren productos químicos para neutralizar el O2 disuelto en el agua. Suponiendo que nuestro tanque de condensado está a 85 °C, para eliminar la cantidad restante de O2, según nuestras reuniones con empresas químicas, para generar 5 t/h de vapor con un 80% retorno de condensado, se evaluó que adicionalmente necesitamos dosificar sustancias químicas a 0,23 €/h.

Suponiendo que las operaciones duran 20 horas al día, 300 días al año, los costos asociados a los secuestrantes de oxígeno ascienden a 0,23 x 20 x 300 = 1380 €/ año.

Se puede decidir si se va a usar un desgasificador para la instalación según los cálculos y aproximaciones anteriores.

Para más información, por favor llame al (+90) 212 595 16 56 o envíenos un correo electrónico a teknik@jenesis.com.tr.

Al establecer una fábrica, determinar la capacidad de vapor es muy difícil debido a las limitaciones técnicas y condiciones futuras inciertas.
Específicamente, los altos costos asociados a la operación de grandes calderas son desafiantes para las instalaciones cuyas capacidades de producción han disminuido en caso de una pandemía.
En este artículo, vamos a examinar los tipos de generadores en sistemas de vapor, sus respuestas a las demandas máximas y el almacenamiento de vapor.

Al determinar los requisitos de vapor de los procesos, se deben tener en cuenta el consumo de vapor en la primera operación, las futuras cargas térmicas en las líneas de vapor y en los procesos mismos.

Si estas cargas adicionales no están incluidas en el requisito de capacidad de vapor, se debe aceptar desde el principio que el tiempo de inicio será más largo.

Otro punto crucial a considerar es que, en lugar de las capacidades horarias dadas en los catálogos de los fabricantes, se deben tener en cuenta las demandas máximas instantáneas, considerando el tiempo de consumo de vapor, según las especificaciones de los procesos.

Determinación de las demandas máximas:
Será más fácil entender el tema con un ejemplo. Supongamos que, según el catálogo del fabricante, un proceso consume 100 kg de vapor por hora.
Sin embargo, en realidad, dentro de un período de 1 h, habiendo consumido vapor dentro de 10 min, adquisición/descarga de artículos, dosificación de detergentes /productos químicos, enjuague, espera, etc. pueden ocurrir dentro de los 50 minutos restantes.

A pesar de la capacidad de 100 kg/h, en la práctica, para poder proporcionar 100 kg de vapor al proceso dentro de 10 minutos, el proceso debe poder sacar 100 kg x 60 min /10 min = 600 kg/h y la capacidad del generador de vapor debe especificarse en consecuencia.

Si cada proceso está diseñado según el catálogo, en la práctica, el tiempo de calentamiento aumentará, aumentando así el tiempo del proceso y disminuyendo la capacidad de producción diaria.

Con un enfoque simple, si el consumo instantáneo de vapor del proceso es de 600 kg/h como en el ejemplo anterior, si volvemos a aplicar el mismo procedimiento, no sería aconsejable invertir en un generador de vapor con una capacidad de 6000 kg/h en una fábrica con 10 procesos.
Esto se debe a que el número de procesos entre esos 10 con un tiempo de consumo coincidente, es decir, 10 min, debe conocerse de antemano.
Además, es necesario examinar los posibles solapamientos en las demandas instantáneas de los procesos.
Al analizar estos escenarios, deben considerarse el tiempo de proceso, la duración de las demandas instantáneas, y los efectos de las tareas de los operadores en el solapamiento.

Es esencial seleccionar generadores de vapor que puedan satisfacer la variabilidad en las instalaciones con altas demandas máximas.
Los picos de demanda pueden durar unos minutos o 10–15 minutos dependiendo de las características de los procesos.
Invertir en una caldera grande para satisfacer las demandas máximas que durarán 10–15 minutos es muy costoso. Además, los costos operativos aumentarán debido a la ineficiencia, ya que la caldera funciona a capacidades más bajas que su capacidad real durante toda su vida útil.
En este punto, es necesario examinar las características y los comportamientos de las calderas escocesas, que son las más preferidas en la industría, y de los generadores de vapor en las demandas máximas.

Comportamientos de diferentes tipos de calderas en los picos de demanda:
Las calderas escocesas poseen un depósito donde se almacena el vapor. Además, un gran volumen de agua se almacena dentro de su cuerpo. En cambio, los generadores de vapor solo contienen 1/10 de dicho volumen de agua y el almacenamiento de vapor es casi inexistente.
Por ejemplo, supongamos que una caldera escocesa con una capacidad de 5 t/h, que funciona a 6 barg, almacena aproximadamente 8 m³ de vapor y 15 m³ de agua, esto varía según la marca y el diseño. Bajo las mismas condiciones de operación, una auténtica caldera acuotubular, es decir, un generador de vapor, contiene 0,3 m³ de vapor y 1,5 m³ de agua.

Vale la pena señalar que, dado que el volumen específico del vapor es muy bajo, los vólumenes de vapor tienen poca importancia cuando se expresan en términos de masas.
Por ejemplo, a 6 barg, el volumen específico del vapor es 0,272 m³/kg, en otras palabras, 1 kg de vapor a 6 barg ocupa un volumen de 0,272 m3.
En este caso, para la caldera con una capacidad de 5 t/h en nuestro ejemplo, la cantidad de vapor almacenado es (8 m³) / (0,272 m³/kg) = 29,4 kg.

Un generador de vapor con una capacidad de 5 t/h puede almacenar aproximadamente 30 kg de vapor por (30 kg / 5000 kg) x 3600 s = 21,6 s.
En otras palabras, en el caso de demandas máximas, la cantidad de vapor almacenado en las calderas escocesas solo sera suficiente por 22 s.

Como los picos de deemanda durarán más de 22 s, esta vez, el quemador debe funcionar a plena capacidad y el volumen de agua (15 m³) en la caldera escocesa debe calentarse y evaporarse para convertirse en vapor.
Esto indica que la caída de presión en una caldera escocesa en los picos de demanda continuará por un largo período de tiempo y requerirá más tiempo para alcanzar la presión de funcionamiento.

Con respecto a las calderas acuotubulares (generadores de vapor), hay menos cantidad de vapor en los picos de demanda y, mediante el mismo método de cálculo, se determina que la cantidad de vapor almacenado no es suficiente incluso durante 1 s en las demandas máximas.
Por lo tanto, tomando las cifras en nuestro ejemplo como referencias, la caída de presión comenzará 21 s antes en comparación con la de las calderas escocesas.
Sin embargo, utilizando las cifras anteriores como referencias, podemos decir que tanto las calderas escocesas (calderas pirotubulares) como las calderas acuotubulares (generadores de vapor) experimentarán una caída de presión que durará más de 22 s en los picos de demanda.

Dado que las calderas acuotubulares (generadores de vapor) contienen 1/10 del volumen del agua en las calderas escocesas, en comparación con estas últimas, la presión de funcionamiento puede alcanzarse 10 veces más rápido y en un corto período de tiempo.

Métodos de acumulación de vapor:

A veces, en instalaciones donde las calderas no tienen suficiente capacidad o no pueden satisfacer las demandas máximas, sería conveniente tener recipientes de almacenamiento de vapor.
Por ejemplo, para almacenar 1 t de vapor a 6 barg, se requiere un volumen de 1000 kg x 0,272 m³/kg = 272 m³.
Un recipiente tan grande no solo incurrirá en una inversión inicial muy alta y costos operativos elevados, sino que también sera difícil a instalar.

Cuando surgen tales necesidades, es más razonable diseñar sistemas denominados acumuladores de vapor que funcionan según el principio de que una cantidad de agua almacenada en los recipientes se convierte en vapor cuando hay una caída de presión.

Aunque vapor de presión relativamente alta se envía al acumulador de vapor y se usa de manera rutinaria, debido a la caída de presión en los picos de demanda, además, se genera vapor de baja presión (vapor flash), debido a la evaporación del agua en el recipiente.
Cuando mayor sea la diferencia de presión y el volumen de agua en los acumuladores de vapor, se podrá generar más vapor flash.
Este método, diseñado específicamente para un proceso dado y utilizado a menudo en el sector EPS, puede resultar ventajoso en otros sectores.

Cambios en la calidad del vapor en los picos de demanda:
En resumen, no es correcto decir que las calderas escocesas tienen suficiente o más vapor almacenado; sin embargo, se puede decir que, en las demandas máximas, las calderas acuotubulares (generadores de vapor) tienen un tiempo de respuesta y pueden alcanzar los valores de presión deseados en un corto período de tiempo.

Como tienen un tiempo de respuesta rápido, funcionan a baja presión, y pueden alcanzar rápidamente la presión de funcionamiento deseada, las calderas acuotubulares (generadores de vapor) son más ventajosas, especialmente teniendo en cuenta que vapor de baja calidad se genera debido a la caída de presión en los picos de demanda, y que hay arrastre de vapor húmedo de la caldera escocesa.

Para que los generadores de vapor respondan a los cambios repentinos, deben estar equipados con un sistema de automatización muy bueno y poseer una gran superficie de transferencia de calor. Además, debe garantizarse que sus equipos estén conectados y sincronizados.
En los generadores de vapor convencionales donde no se cumplen estos criterios, vapor húmedo se genera no solo en los picos de demanda, sino también en condiciones normales de funcionamiento.

Calderas acuotubulares con capacidades flexibles:

Se puede entender de las explicacciones anteriores que determinar la capacidad de vapor requerida es crucial. Dado que la compra de un generador de vapor es una inversión única, generalmente es una inversión enorme considerando operaciones a largo plazo.

Cuando las operaciones no salen de acuerdo a lo planeado, se incurre en altos costos operativos debido a la baja eficiencia y al alto costo de la caldera; a veces, los costos operativos pueden exceder los costos de inversión inicial.
Por otro lado, si la capacidad de la caldera es insuficiente, se pueden requerir grandes inversiones para una caldera de gran capacidad.

El sistema modular de generación de vapor conocido como Sistema HUB, que proporciona una producción de vapor flexible, se ha vuelto más preferible.
El sistema consiste en módulos relativamente más pequeños, que pueden comprarse según las necesidades.
Dependiendo des los requeridos, debido a su sistema de automatización, el sistema HUB puede operar tantos módulos como sea necesario mientras los mantiene en su máxima eficiencia.
Además, se observa que, al registrar sus tiempos de funcionamiento individuales, los módulos pueden funcionar de manera que hayan tenido el mismo tiempo de funcionamiento dentro de un cierto período de tiempo.
Otro ventaja que ofrece un sistema tan flexible a las fábricas es que, si por algún motivo hay cambio en la capacidad de producción, los módulos se operan a su máxima eficiencia y según las demandas, solo se operan unos módulos para cumplir la capacidad de vapor requerida, reduciendo así los costos operativos.

Cabe mencionar que, en caso de una pandemia o una disminución estacional de la capacidad, estos sistemas aseguran que los costos operativos permanezcan consistentemente bajos.

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