Importancia de diseñar el sistema de calentamiento con vapor en conjunto

No conocer cómo diseñar el sistema de calentamiento con vapor en conjunto puede ser la causa de problemas de funcionamiento importantes. Diseñar el conjunto completo, aparte de asegurar su buen funcionamiento, nos puede aportar otros beneficios.

Diseñar el sistema de calentamiento con vapor en conjunto es un aspecto que va a influir de una forma definitiva en el funcionamiento de su solución de calentamiento. Para poder dimensionar adecuadamente todos los elementos del sistema, es necesario conocer las condiciones de trabajo a las que se va a enfrentar cada uno, y eso no es posible sin entender los elementos de su alrededor.

En este artículo trataremos de mostrarle cómo influye el dimensionado de cada parte de la instalación en las demás, así como los beneficios de dimensionarlas en conjunto y poder ajustar aspectos en el control/dimensionado del fluido a calentar.

El vapor se suele usar como vapor saturado. Esto implica que cuanta más presión de vapor, más temperatura. Cuanto mayor es la temperatura del lado caliente en un intercambiador, más energía se transmite en el mismo, y por lo tanto mayor caudal de vapor se condensa. Es decir, que cuanta más presión exista dentro de un intercambiador, más caudal de vapor condensará el mismo.

Por lo tanto, en primer lugar debemos entender que en una instalación de vapor, es el intercambiador, con sus características y condiciones de trabajo, el que determinará cuánto caudal de vapor estamos condensando y a qué presión. Por lo tanto, es necesario conocer qué va a suceder con exactitud dentro del intercambiador para poder dimensionar todo el sistema adecuadamente.

Para poder entender el funcionamiento del intercambiador y diseñar el sistema de calentamiento con vapor en conjunto y con éxito, es necesario conocer el funcionamiento del medio a calentar. No sólo se trata de conocer el caudal de fluido y las temperaturas de entrada y salida, sino conocer la aplicación (calentamiento en continuo, calentamiento de tanque con recirculación…) y las variaciones de la misma. 

Obtener datos no es nada sencillo en ocasiones, pero un asesor con experiencia en plantas de vapor puede ayudarle a extraer la información adecuada. Además, considerar el diseño de la instalación en el lado de fluido a calentar influye mucho. Por ejemplo, en un sistema con tanque acumulador, un caudal de recirculación mayor puede implicar un intercambiador de calor más pequeño. Un experto en soluciones de calentamiento podrá asesorarle en estos  aspectos para intentar escoger la opción que será más favorable para usted.

Una vez se conocen los datos del secundario con claridad, se puede proceder al dimensionado del intercambiador. Un error bastante habitual es calcular la presión mediante la presión de entrada y la pérdida de carga que supongamos que vaya a existir en la válvula de control, pero esto no es así. La presión en el intercambiador vendrá definida por las condiciones del secundario, y el área y coeficiente de transferencia del intercambiador.

Un intercambiador más grande, necesitará menos temperatura de vapor (y por lo tanto menos presión) para entregar la energía deseada. Esta presión es la que deberemos considerar para el cálculo del resto de elementos, como son la válvula de control o la eliminación de los condensados.

Además, si la aplicación tiene variaciones de potencia, cuando el equipo trabaje a cargas parciales será necesario que la presión de vapor baje para dar la potencia justa en el momento apropiado. De lo contrario, el intercambiador estaría entregando más potencia de la deseada en ese momento, sobrecalentando el fluido. Esa reducción de presión afectará a válvula de control y conjunto de eliminación de condensados.

No conocer los valores a los que se van a enfrentar cada uno de los elementos durante los diferentes momentos de funcionamiento, implica subdimensionarlos o sobredimensionarlos, con las siguientes consecuencias.

En el caso de la válvula de control:

• Subdimensionarla implica que no permitirá el paso a suficiente caudal de vapor, haciendo caer la presión en el intercambiador por debajo de la necesaria, e impidiendo que caliente suficiente pese a que la válvula esté totalmente abierta.

• Sobredimensionarla implica trabajar demasiado cerrada para generar la pérdida necesaria en ese momento. Esto puede generar problemas en el control e incluso dañar la válvula.

En el caso del intercambiador:

• Subdimensionarlo implica que el equipo no podrá calentar suficiente pese a recibir el máximo de presión.

• Sobredimensionarlo implicará trabajar a una presión muy baja, lo cual favorece el ahorro energético y el trato al fluido a calentar, pero generará problemas de eliminación de condensados, e incluso posibles problemas de ruido y velocidades en la válvula.

En el caso de la eliminación de condensados:

• Subdimensionarlos, o no instalar una bomba-purgador cuando sea necesario, conlleva la denominada interrupción de flujo. Es decir, no poder extraer los condensados adecuadamente, golpes de ariete y pérdida de controlabilidad (funcionamiento tipo todo/nada).

• Sobredimensionarlo no es grave. En este caso no sería un problema.

Además, sobredimensionar un equipo implica que ocupe más espacio y sea menos económico, con lo que evitaremos hacerlo tanto por funcionamiento como por costes. También hay que recordar que los datos facilitados suelen llevar márgenes de seguridad que, al sumarse, suelen tender a ser excesivos y facilitan, junto con la existencia de cargas parciales, el sobredimensionado de los elementos, lo cuál podemos ver que no es positivo para el funcionamiento de los mismos. De nuevo, cabe insistir en la importancia de una buena toma de datos.

Por último, diseñar el sistema de calentamiento con vapor en conjunto aportará otros beneficios, como tener un solo responsable del diseño de la instalación, poder combinar los dimensionados para obtener los tamaños óptimos y el funcionamiento más adecuado de cada elemento, optimizar el espacio que ocupan, el consumo energético o poder hallar la mejor forma de controlar o calentar un fluido.

En definitiva, diseñar el sistema de calentamiento con vapor en conjunto es de vital importancia tanto para evitar errores en el dimensionado que pueden afectar negativamente al funcionamiento, como para optimizar sus recursos, tener la máxima confianza en el funcionamiento de la solución y obtener la solución que se ajuste mejor a sus necesidades en todos los sentidos.

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