Para comprender la interrupción del flujo en instalaciones de vapor, es necesario saber que el vapor saturado es un vapor condensante que desprende su calor al condensarse en agua. Esta condensación se produce siempre a una temperatura constante, cuando la presión en el espacio vapor permanece constante.
Por ejemplo, el vapor saturado a presión atmosférica tiene una temperatura de 100 °C y se condensará en agua a 100 °C, mientras que a una presión de 1 bar, el vapor saturado tiene una temperatura de 120 °C y se condensará en agua a 120 °C.
El vapor también se encuentra en los intercambiadores de calor a presión inferior a la atmosférica, por ejemplo, el vapor a 0,5 bares por debajo de la presión atmosférica tiene una temperatura de unos 82 °C y se condensará en agua a 82 °C. La relación entre la presión y la temperatura del vapor saturado es totalmente previsible y se documenta en las tablas de vapor.
La teoría básica de intercambiadores de calor indica que cuanto mayor sea la temperatura del vapor por encima de la temperatura a la que se calienta el fluido secundario, mayor será la posible tasa de transferencia de calor. Para variar la transferencia de calor desde el vapor en la condensación, se modifica la temperatura (y, de este modo, también la presión) del vapor en el espacio vapor.
Por ejemplo, si un intercambiador de calor utiliza vapor a 160 °C a plena carga y se reduce un 50 % la carga, será necesario vapor a una temperatura inferior. Para ello, debe reducirse la presión del vapor, en muchos casos por debajo de la contrapresión.
Ejemplo de interrupción del flujo en instalaciones de vapor
Un ejemplo de interrupción del flujo en instalaciones de vapor ocurre cuando un intercambiador de calor funcionando a plena carga utiliza vapor saturado a 1 bar r (120 °C) para calentar agua de 40 °C a 60 °C. Por lo tanto, la plena carga se produce cuando la temperatura del agua aumenta 20 °C, y la temperatura media del agua es:
La diferencia entre la temperatura del vapor y la temperatura media del agua se denomina la diferencia de temperatura media aritmética o DTMA y la tasa de transferencia de calor es proporcional a ella. La DTMA a plena carga en este ejemplo es 120 °C – 50 °C = 70 °C.
Tenga en cuenta la situación cuando la carga del proceso se reduce hasta 2/3 de la carga. A plena carga, el aumento de temperatura del agua es de 20 °C. Si la carga se reduce hasta 2/3 de la carga máxima y la temperatura del agua de salida se mantiene constante a 60 °C, esto significa que el aumento de temperatura debe ser 2/3 de 20 °C
Por lo tanto:
Por consiguiente, a 2/3 de carga, la temperatura del agua de retorno aumentará hasta 46,7 °C, por lo que la temperatura media del agua será ahora:
A 2/3 de carga, la transferencia de calor necesaria será 2/3 de la transferencia de calor a plena carga y, del mismo modo, la DTMA será 2/3 de la DTMA a plena carga, así:
Por consiguiente, la temperatura del vapor a 2/3 de carga debe ser la temperatura media del agua a 2/3 de carga más la DTMA a 2/3 de carga, así:
Como la temperatura del vapor saturado a presión atmosférica es de 100 °C, esto significa que la presión en el espacio vapor es ahora atmosférica. Por consiguiente, no hay presión de vapor disponible en el espacio vapor para expulsar el condensado a través de un purgador de vapor.
Incluso, aunque la línea de condensado descargue en un purgador de vapor abierto, el condensado podría no salir del intercambiador. El condensado retornará en la línea de drenaje y anegará el intercambiador de calor a menos que se tomen las precauciones apropiadas.
Si el condensado retorna hacia el intercambiador, se reduce la superficie disponible para condensar vapor, disminuye el flujo de calor y la temperatura del agua de salida comienza a bajar. Cuando el sensor de temperatura detecta esto, el controlador abre la válvula de control un poco más para aumentar el flujo de vapor, lo que aumenta la presión en el espacio vapor por encima de la atmosférica (en este caso) y pronto será suficiente para expulsar el condensado a través del purgador.
El nivel de condensado se reduce, pero ahora la presión en el espacio vapor es superior a la presión atmosférica necesaria para calentar el agua hasta 60 °C. Entonces, la temperatura del agua aumenta. Cuando el sensor lo detecta, el controlador cierra la válvula de control. La presión en el espacio vapor se reduce hasta la presión atmosférica y vuelve a producirse el anegamiento.
Esto provoca un ciclo continuo de la temperatura del agua por encima y por debajo de 60 °C. Si el fluido del secundario es otro que no sea agua, esto podría, en muchos casos, afectar a su calidad.
Para conocer qué significa la interrupción del flujo en intercambiadores para vapor o diseñar una instalación para evitar la interrupción del flujo a través de un purgador de vapor, suscríbete al Newsletter de Vapor para La Industria, un recurso que te servirá para recibir más contenido sobre las nuevas tendencias del vapor industrial.
¿Qué significa la interrupción del flujo en intercambiadores para vapor?
