4 métodos de control de temperatura para intercambiadores de vapor con placas

Disponemos de varios métodos de control de temperatura para intercambiadores de vapor, específicamente cuando usamos un intercambiador de calor de placas. Ante todo, es vital tener en cuenta las condiciones de funcionamiento reales cuando consideremos alguno de esos métodos de control, como veremos a continuación.

A la hora de decidir cuál de los métodos de control de temperatura para intercambiadores de vapor utilizar, es necesario tener en consideración lo siguiente:

• Presión de vapor real esperada en el intercambiador. 
• Contrapresión total ejercida sobre el lado primario (condensado) a la salida del intercambiador de vapor. 
• Si el DT del secundario es fijo o variable durante el funcionamiento normal. 
• Si el caudal del fluido secundario es cons tante o fluctuará. 
• Construcción del intercambiador de vapor. 

Una vez señaladas estas consideraciones, veamos cuáles son los cuatro métodos de control de temperatura para intercambiadores de vapor con placas:

 

1. Control del vapor primario con válvula de dos vías + purgador

Con este método de control de temperatura, el intercambiador de vapor se dimensiona para ocuparse del 100% del caudal secundario a plena carga, y de calentarlo hasta sus condiciones de diseño.

El flujo de vapor (y por tanto su presión) se ajusta mediante una válvula de dos vías en la alimentación de vapor al intercambiador. La posición de la válvula de control se ajusta por la señal que da el controlador, de acuerdo con la información que recibe de un sensor de temperatura montado en el flujo secundario del intercambiador.

Se monta un conjunto de purga a la salida del lado primario del intercambiador para evacuar el condensado. 

• Ventajas. Diseño simple. Fácil puesta en servicio. Adecuado para todo tipo de intercambiadores de calor de placas.
• Desventajas. Posible sobredimensionado del intercambiador para acomodar las restricciones de caída de presión del secundario. Si las condiciones del secundario o la contrapresión en el sistema de condensado se alteran, puede darse la condición de interrupción.
• Utilizar. Cuando la presión disponible en el intercambiador siempre será mayor que la de contrapresión ejercida sobre el lado prima rio bajo condiciones de funcionamiento de diseño normales.

2. Control del vapor primario con válvula de dos vías + circuito cerrado de bomba o combinación de bomba/purgador

De nuevo, con el segundo de los métodos de control de temperatura, los intercambiadores de vapor se dimensionan para ocuparse del 100% del flujo secundario a plena carga, y para calentarlo hasta su temperatura de diseño.

El flujo de vapor al intercambiador de calor se ajusta mediante una válvula de dos vías en la alimentación de vapor al intercambiador de vapor. La posición de la válvula de control es ajustada por la señal de un controlador de acuerdo con la información que recibe de un sensor de temperatura montado en la salida del secundario del intercambiador.

La salida del lado primario del intercambiador se monta bien con un circuito cerrado de bomba, o bien con una unidad bomba/purgador (bomba y purgador montados en serie).

El circuito cerrado iguala las presiones entre el cuerpo de bomba y la salida del intercambiador, permitiendo la purga del condensado del intercambiador hacia el cuerpo de bomba. Con una combinación de bomba/purgador, si la presión a la salida del condensado del intercambiador es superior a la contrapresión, el purgador funcionará con normalidad, permitiendo al condensado fluir del intercambiador hacia el sistema de retorno.

Cuando este es el caso, el condensado fluye a través de la bomba y el purgador, sin que actúe la bomba. Si la presión a la salida del condensado cae por debajo de la contrapresión, el condensado no es capaz de fluir a través del purgador y se acumula en el cuerpo de la bomba. Esto hace que actúe la bomba e impulse el condensado a través del purgador. 

• Ventajas. Permite un mejor ajuste del área real de transferencia de calor con los requisitos de diseño, resultando un intercambiador de calor de placas de menor tamaño.Se puede superar la necesidad de utilizar una bomba o una combinación de bomba/purgador. Es apropiado para todo tipo de intercambiadores de calor de placas. 
• Desventajas. La reducción de los requerimientos de carga de calor o el incremento de la contrapresión pueden causar la condición de interrupción, pero es menos probable que con control primario solamente. La válvula del by-pass debe ajustarse correctamente.
• Utilizar. Cuando un caudal secundario reducido y una temperatura superior del secundario en el intercambiador de calor de placas reduzcan el grado de sobredimensionado, propiciando una presión superior de vapor en el intercambiador, y por tanto superan do la necesidad de utilizar una bomba o una combinación de bomba / purgador.

3. Control del vapor en el primario con válvula de dos vías + control del secundario con válvula de tres vías + purgador

Este método de control permite también un mayor acercamiento del área de transferencia de calor, en el intercambiador, a lo requerido para un determinado servicio. En lugar de disponer en el secundario un by-pass de volumen fijo, como se describió en el método previo, se instala una válvula mezcladora de tres vías en el circuito secundario.

La válvula mezcladora, mezcla el flujo de retorno con el agua calentada en el intercambiador, para dar la temperatura final del flujo. Con un by-pass fijo, el caudal secundario del intercambiador es constante. Un cambio en las condiciones de carga del secundario resultará en un cambio en la temperatura del fluido secundario en el intercambiador. 

Con este método, de válvula mezcladora de tres vías en el secundario mas válvula de dos vías en el primario, la temperatura del fluido secundario del intercambiador es constante. Un cambio en las condiciones de carga del secundario dará como resultado un cambio en el caudal secundario que pasa por el intercambiador. 

• Ventajas. Permite un mayor acercamiento del área real de transferencia de calor a los
  requisitos de diseño, dando como resultado un intercambiador de calor de placas de menor tamaño. Temperatura de vapor mínima, y por lo tanto equivalente presión, en el intercambiador, será igual a la temperatura de salida de secundario fija. 
• Desventajas. Coste de la válvula de tres vías del secundario; aunque puede ser inferior al coste de la com- binación bomba/purgador. La máxima temperatura de salida en el lado secundario puede estar limitada por las características del fluido y / o por la presión del sistema. 

Utilizar. Cuando la provisión de una temperatura del secunda- rio fija, mas alta, permita el uso de vapor a una mayor presión para superar el problema de interrupción. Se produzca una combinación en el secundario de gran caudal y pequeño aumento de temperatura.

4. Control de condensado en el primario con válvula de dos vías + derivación secundaria (donde sea necesario)

Con este método de control, la válvula de control, que está instalada a la salida del primario, controla el nivel de condensado en el intercambiador. 

Al cerrarse la válvula, el condensado retrocede y recubre la superficie del intercambiador, reduciendo la efectividad del mismo. Al abrirse la válvula, el nivel de condensado en el intercambiador bajará, descubriendo la superficie de intercambio de calor, aumentando su efectividad.

El intercambiador se dimensionará normalmente de manera que el condensado cubra un 25-50% de su superficie de intercambio, durante el funcionamiento normal a plena carga.  Debido a que el intercambiador estará expuesto alternativamente a vapor y condensado durante su normal funcionamiento, deberá ser resistente tanto a la corrosión como a las tensiones térmicas. Esto limita la elección a un intercambiador de calor de placas con juntas o soldado. 

• Ventajas. Se dispone de mayor presión de vapor en el purgador, que hace improbable la interrupción. Posibilidad de reducir el tamaño de la válvula de control. No es necesario un sistema de recuperación de revaporizado o subenfriador separado, si el condensado se ha enfriado suficientemente. 
• Desventajas. Respuesta pobre/lenta a las variaciones de carga del secundario. No se pueden utilizar intercambiadores de calor termosoldados para vapor. Posibilidad de que pase revaporizado y flujo bifase por la válvula de control. Si se utiliza una válvula by-pass, debe ser correctamente ajustada.
• Utilizar. Cuando  la carga del secundario es siempre estable y relativamente grande. Un ejemplo de este tipo de carga es el calentamiento de mosto en un proceso de fermentación. La presión de vapor disponible antes del intercambiador es mayor que la contrapresión ejercida sobre la salida del primario bajo condiciones normales de funcionamiento.Requiere condensado subenfriado por ejemplo cuando la formación de revaporizado presente problemas.

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