Determinación de la Presión de Trabajo

Al seleccionar la presión de trabajo, deben considerarse los siguientes factores:

• Presión requerida en el punto de utilización.
• Caída de presión a lo largo de la tubería debido a la resistencia al paso del fluido.
• Pérdidas de calor en la tubería.

Ventajas de la Generación y Distribución de Vapor a Alta Presión

La generación y distribución de vapor a una presión elevada ofrece las siguientes ventajas:

• Se requieren tuberías de distribución de vapor de menor diámetro. Al tener una superficie de intercambio menor, las pérdidas de calor (energía) serán menores.
• Menor coste de las líneas de distribución (materiales como tuberías, bridas, soportes y mano de obra).
• Menor coste del aislamiento.
• Vapor más seco en el punto de utilización, debido al efecto de aumento de fracción seca que tiene lugar en cualquier reducción de presión.
• La capacidad de almacenamiento térmico de la caldera aumenta y ayuda a soportar de forma más eficiente las fluctuaciones de carga, reduciendo el riesgo de arrastres de agua y de impurezas con el vapor a condiciones máximas.

Consecuencias del Sobredimensionamiento de Tuberías

Sobredimensionar las tuberías implica que:

• Las tuberías serán más caras de lo necesario.
• Se formará un mayor volumen de condensado a causa de las mayores pérdidas de calor.
• La calidad del vapor y la posterior entrega de calor serán más pobres, debido al mayor volumen de condensado que se forma.
• Los costes de instalación serán mayores.

Consecuencias del Subdimensionamiento de Tuberías

Subdimensionar las tuberías implica que:

• La velocidad del vapor y la caída de presión serán mayores, generando una presión inferior a la requerida en el punto de utilización.
• El volumen de vapor será insuficiente en el punto de utilización.
• Habrá un mayor riesgo de erosión, golpe de ariete y ruidos, a causa del aumento de velocidad.

Minimización del Golpe de Ariete

Para minimizar las posibilidades de golpe de ariete:

• Las líneas de vapor deben montarse con una inclinación descendente en la dirección del flujo, con puntos de purga instalados a intervalos regulares y en los puntos bajos.
• Deben montarse válvulas de retención después de los purgadores, ya que de otro modo se permitiría que el condensado se introdujera de nuevo en la línea de vapor o la planta durante las paradas.
• Las válvulas de aislamiento deben abrirse lentamente para permitir que el condensado que haya en el sistema pueda fluir sin brusquedades hacia, y a través de los purgadores, antes de que el vapor a gran velocidad lo arrastre. Esto es especialmente importante durante la puesta en marcha.

Alineación y Purga Correcta de Tuberías de Vapor

Para optimizar el rendimiento y la seguridad, una adecuada alineación y purga de las tuberías de vapor implica seguir estas reglas fundamentales:

• Deben instalarse las tuberías de manera que desciendan en la dirección del flujo, con una pendiente no inferior a 40 mm por cada 10 metros de tubería.
• Las líneas de vapor deben purgarse a intervalos regulares de 30 a 50 metros, así como en cualquier punto bajo del sistema.
• Para instalar un punto de purga en un tramo recto de tubería, deberá utilizarse un pozo de goteo de tamaño adecuado, que pueda recoger el condensado.
• La tubería debe montarse de manera que haya el mínimo de puntos bajos donde el agua pueda acumularse. Si se instalan filtros, deben montarse con la cesta en posición horizontal.
• Las conexiones de las derivaciones deben partir de la parte superior de la línea, para tomar el vapor más seco posible.
• Debe considerarse la instalación de un separador antes de cualquier equipo que utilice el vapor, para asegurar que recibe vapor seco.
• Los purgadores elegidos deben ser robustos para evitar el riesgo de daños por golpe de ariete, y ser apropiados para su entorno (por ejemplo, heladas).

Distancia y Diseño de Soportes de Tubería

La frecuencia y el tipo de soportes de tubería varían según el diámetro de la tubería, el material (acero o cobre) y su posición (horizontal o vertical).

• Los soportes deben ir montados en las uniones de tuberías.
• Cuando hay dos o más tuberías soportadas por un accesorio común, la distancia entre los puntos de soporte debe ser la adecuada para la tubería de menor tamaño.
• Cuando el movimiento vaya a ser considerable, como en tramos de tubería recta de longitud superior a 15 metros, los soportes deberán ser de tipo patín, como se mencionó anteriormente.
• Las tuberías verticales deben soportarse adecuadamente en la base, para soportar todo el peso de la tubería.
• Todos los soportes deben estar específicamente diseñados para adaptarse al diámetro exterior de la tubería.

Reducción de Pérdidas de Calor en Sistemas de Vapor

Para lograr la máxima eficiencia en un sistema de distribución de vapor, es crucial optimizar todos los aspectos que permitan reducir las pérdidas de calor al mínimo de manera rentable. El espesor de aislamiento más rentable dependerá de diversos factores clave:

• Coste de la instalación.
• Valor del calor transportado por el vapor.
• Tamaño de la tubería.
• Temperatura de la tubería.

Prevención de la Corrosión en Calderas

Corrosión por Oxígeno o Pitting

La corrosión por oxígeno consiste en la reacción del oxígeno disuelto en el agua con los componentes metálicos de la caldera (en contacto con el agua), lo que provoca su disolución o conversión en óxidos insolubles. Este tipo de corrosión también puede producirse cuando la caldera se encuentra fuera de servicio y entra aire (oxígeno). La prevención de la corrosión por oxígeno se consigue mediante una adecuada desgasificación del agua de alimentación y el mantenimiento de un exceso de secuestrantes de oxígeno en el agua de la caldera.

Corrosión Cáustica

La corrosión cáustica se produce por una sobreconcentración local de sales alcalinas, como la soda cáustica, en zonas de elevadas cargas térmicas (por ejemplo, fogón, cámara trasera). La corrosión cáustica puede ser prevenida manteniendo la alcalinidad, el OH libre y el pH del agua de la caldera dentro de los límites recomendados.

Corrosión en Líneas de Retorno y Condensado

La corrosión de las líneas de retorno de condensado tiene efectos sobre una caldera, ya que los óxidos (hematita) producidos son arrastrados a la caldera con el agua de alimentación. Una caldera cuyo lado de agua presenta un color rojizo es un indicio de problemas de corrosión en las líneas de retorno de condensado. La prevención de la corrosión en las líneas de retorno de condensado puede lograrse mediante el uso de aminas neutralizantes que neutralizan la acción del ácido carbónico, y aminas fílmicas que protegen las líneas.

Equipos Clave para el Tratamiento de Agua y Purga en Calderas

Ablandadores de Agua

La función de los ablandadores es eliminar los iones de calcio (Ca) y magnesio (Mg), que constituyen la dureza del agua y favorecen la formación de incrustaciones en una caldera. El principio de funcionamiento de este se basa en el intercambio iónico. Están compuestos por resinas que poseen la capacidad de intercambiar iones de calcio y magnesio por sodio.

Desgasificador

La función de un desgasificador en una planta térmica es eliminar el oxígeno (O₂) y el dióxido de carbono (CO₂) disueltos en el agua de alimentación de las calderas para prevenir problemas de corrosión o pitting. El principio de funcionamiento de los desgasificadores se basa en el hecho de que la solubilidad de los gases disueltos en el agua (O₂ y CO₂) disminuye cuando el agua alcanza su punto de ebullición.

Purgas Automáticas

Las purgas automáticas comúnmente utilizadas en calderas son las de fondo y las de superficie. La purga automática de fondo se compone de una válvula con actuador y un temporizador, donde se programan los ciclos de purga de fondo requeridos según el tratamiento de agua de la caldera. La purga de fondo automática permite realizar de forma automatizada las tareas de purga que, de otro modo, el operador debería efectuar manualmente.

La purga automática de superficie consta de un sensor de conductividad, una válvula con actuador y un controlador. El sensor de conductividad mide la conductividad del agua de la caldera (sólidos disueltos totales) y envía esta información al controlador. El controlador compara esta medición con el valor de conductividad máxima programado y, en función de los resultados, abre o cierra la válvula de purga. La purga automática de superficie permite mantener de forma automatizada los ciclos de concentración requeridos por la caldera.