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Recuperación de condensado en sistemas industriales de vapor
recuperación de condensado
Índice 1.0 Introducción 2.0 La presión para el uso de recursos naturales 3.0 La importancia de una recuperación de condensado eficaz
3.1 La recuperación de condensado ahorra dinero
3.2 Periodo de amortización de la recuperación de condensado
3.3 Cómo tratar con la contaminación de condensado
4.0 La tecnología de la recuperación de condensado
4.1 Purgadores de vapor para eliminar el condensado del sistema de vapor
4.2 Uso de bombas para retornar el condensado al tanque de alimentación de caldera
4.2.1 Bombas de condensado centrífugas eléctricas
4.2.2 Bombas de condensado mecánicas
4.2.3 Bombas-purgador automáticas
4.3 Calentamiento y desgasificación del tanque de alimentación
4.4 Revaporizado y su recuperación
4.4.1 Condensador del venteo de revaporizado
4.5 Circuito cerrado de recuperación de condensado
4.6 Aplicaciones de recuperación de calor de purgas de caldera
5.0 Gama de poductos Spirax Sarco para la recuperación de condensado Nota: las aplicaciones ilustradas en este documento son representaciones esquemáticas y no contienen suficientes detalles para prácticas de trabajo seguro.
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1.0 Introducción El vapor es un medio más común y más eficiente
Recuperar el condensado ofrece varias ventajas.
para el transporte de calor en la mayoría de procesos
Se ahorra energía y se reducen los costes de
y plantas.
combustible, se reducen los costes de agua y de
En el entorno actual de reducción de costes, es esencial que los usuarios de vapor hagan el mejor uso posible de la energía y el agua caliente que hay en el vapor, por tanto, es esencial la recuperación eficaz de condensado. El condensado es el agua tratada caliente producida cuando el vapor libera su energía térmica. Es un recurso valioso que contiene aproximadamente el 25% de la energía útil que contiene el vapor al principio. Es de sentido común que retorne a la caldera, en vez de verterlo al desagüe. Puede que sea ser poco práctico retornar todo el condensado a la caldera, por varias razones, pero en la mayoría
su tratamiento químico y se reducen los vertidos. Esta combinación hace que la amortización típica para los nuevos sistemas de recuperación de condensado sea de entre uno y dos años. Por lo tanto no es de extrañar que muchos usuarios de vapor más ya tengan instalado algún tipo de sistema de recuperación de condensado, aunque la mayoría de ellos se podrían mejorar utilizando las últimas técnicas y sistemas. Spirax Sarco ofrece una gama completa de las más modernas soluciones en recuperación de condensado que ayudarán a los usuarios de vapor a reducir sus facturas y optimizar sus sistemas.
de las aplicaciones se procura retornar entre el 75 y 80% del condensado.
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recuperación de condensado
2.0 La presión para el uso de recursos naturales Las sequías, o la amenaza de ellas a través
de Hacienda declaró que el Compromiso de
de grandes extensiones del mundo, aparecen
Reducción de Carbono (CRC) podría ser sustituido
continuamente en los titulares de las noticias. Los
por un impuesto ecológico alternativo, pero dio más
bajos niveles de lluvia en los últimos años pueden
detalles.
hacer que se consuma más rápidamente las reservas de agua, creando el riesgo de restricciones y contribuyendo al aumento de los costes del agua para la industria.
Estos desarrollos tienen un claro efecto para los usuarios a vapor porque el agua y la energía son los dos recursos clave que se utilizan para crear vapor para los procesos y generación de agua caliente.
Un estudio realizado por la Agencia Ambiental del
Hay muchas formas para reducir el consumo
Reino Unido concluye que: “Todas las perspectivas
de agua y energía en las que las empresas que
predicen un futuro con menos agua disponible
utilizan el vapor, que van desde el uso de la última
para personas, empresas y el medio ambiente” La
tecnología de control de calderas para asegurar
agencia también dice que: “Las presiones futuras no
que los sistemas de tuberías están completamente
se limitarán al sur y al este de Inglaterra. En muchos
aisladas térmicamente.
de los casos, el suroeste y el norte de Inglaterra se van a encontrar con una demanda insatisfecha importante”.
Sin embargo, uno de las medidas más eficaces en ahorro de recursos para la mayoría de las plantas con sistemas de vapor, es la recuperación
También está siempre presente la presión en los
del condensado - la instalación de sistemas de
costes de energía ya que los precios del petróleo
recuperación si no están presentes, o la mejora de
fluctúan, aunque siempre permanecen con una
los sistemas existentes para mejorar su eficacia.
tendencia al alza. Según el Departamento de Energía y Cambio Climático del Reino Unido, los consumidores de gas han visto aumentar los precios una media en general del 25%, excluyendo la Tasa por Cambio Climático (CCL), entre el tercer trimestre del 2010 y el tercer trimestre del 2011. También es incierto el impacto que tendrán las futuras políticas ecológicas. Por ejemplo, en el presupuesto del 21 de marzo del 2012 el ministro
Debido a las presiones en nuestros recursos hidrológicos, es fundamental que las empresas gestionen correctamente el uso del agua y vayan adoptando nuevas tecnologías para mejorar su eficiencia y reducir los costes de agua. Hoja informativa de agua y economía verde, DEFRA (Departamento de Medio Ambiente, Alimentación y Asuntos Rurales).
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3.0 La importancia de una recuperación de condensado eficaz El retorno de condensado al tanque de alimentación
Los golpes de ariete son un peligro en líneas de
de la caldera es reconocido como la manera más
distribución de vapor mal drenadas, cuando el
efectiva de mejorar la eficiencia de la planta de
condensado se acumula y forma una bolsa sólida
vapor. Formado por vapor condensado, hay que
de agua. Esta agua no se puede comprimir, a
drenar el condensado líquido de las tuberías y
diferencia del vapor, y puede causar daños cuando
equipos para evitar el riesgo de golpes de ariete.
es arrastrada por el vapor a alta velocidad.
Entalpía específica (kJ/kg)
Energía total en el vapor
Energía total en el condensado
Presión bar r Figura 1: Gráfico que muestra el contenido de calor del vapor y del condensado a la misma presión, de aquí se puede ver que el condensado contiene alrededor de un cuarto de la energía que tiene el vapor del que procede.
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final, por ejemplo en las fábricas de piensos de
El condensado también contiene alrededor de una cuarta parte de la energía del vapor del que procede. Si permitimos que el condensado se tire al desagüe se mal gasta valiosa energía y agua, por lo tanto, la mayoría de las plantas con sistema de vapor reconocen que el condensado es un recurso valioso. Sólo existen unos pocos sitios en el Reino Unido sin ningún tipo de sistema de recuperación de condensado, pero en muchas plantas se podría
animales o de inyección directa de vapor en el procesamiento de alimentos, o porque hay un riesgo de que el condensado esté contaminado y podría dañar la caldera. Ejemplos típicos podrían ser tratamientos químicos, tintes o procesamiento de alimentos, donde las partículas de los alimentos podrían entrar en el sistema de recuperación de condensado. Sin embargo, incluso en estos
hacer mucho más.
sistemas se podría recuperar el condensado
Hay aplicaciones en las que el condensado no se
contaminación o sistemas de intercambio de calor
retorna a la sala de calderas por razones operativas - ya sea porque el vapor se inyecta en el producto
Marmita
mediante la instalación de sistemas de detección de para evitar la contaminación de la caldera.
Sistema de calefacción
Marmita
Vapor Recipientes
de procesos
Vapor Condensado Agua de aportación
Cuba
Cuba Condensado
Vapor Tanque de alimentación
Caldera
Bomba agua alimentación
Figura 2: Esquema que muestra el lazo de vapor y condensado con recuperación del condensado para retornar al tanque de alimentación de caldera.
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3.1 La recuperación de condensado ahorra dinero El condensado es un recurso valioso y la
Reducción en los costes de agua:
recuperación, incluso de cantidades pequeñas, es
El condensado que no se retorna y no se vuelve a
justificable económicamente.
utilizar debe ser sustituido por agua de la red. Esta
Reducción de los costes de combustible:
recarga producirá un gasto adicional de agua.
Normalmente, el condensado contiene alrededor
Reducción de los costes de tratamientos químicos:
de 25% de la energía utilizable del vapor del que procede. Retornándolo al tanque de alimentación de caldera se puede ahorrar miles de dólares por año sólo en energía. Si usamos el condensado
Reutilizar el máximo de condensado posible, reduce la necesidad de añadir productos químicos costosos para el tratamiento del agua.
para calentar el agua de alimentación de caldera,
Reducción en los costes de vertidos:
la caldera necesitará mucho menos energía para
En el Reino Unido, no se puede retornar a la red de
convertir el agua en vapor. En otras palabras, se
alcantarillado público vertidos por encima de 43ºC,
necesitará menos combustible para generar vapor
ya que es perjudicial para el medio ambiente y puede
desde agua caliente en lugar que desde agua fría.
dañar las tuberías de cerámica. El condensado por
Cada 6ºC de aumento en la temperatura del agua
encima de esta temperatura debe enfriarse si se va
de alimentación que se consiguen utilizando energía
a verter al desagüe, lo que podría incurrir en costes
“libre” equivale a un ahorro de combustible de 1%
adicionales. En la mayoría de países se aplican
aproximadamente.
restricciones similares y se les pueden imponer
Ahorro de energía: El condensado es agua destilada con un poco de
costes por vertidos o multas a los proveedores de agua en caso de incumplimiento.
sólidos totales disueltos (TDS). Si se retorna más
Eliminación de las plumas de vapor:
condensado al tanque de alimentación, se reduce la
Los sistemas de vapor que permiten que se
necesidad de purga de la caldera, que se hace para
revaporice el condensado en vapor pueden crear
reducir la concentración de sólidos disueltos en la
plumas de vapor que, además de ser un desperdicio
caldera. Por lo tanto, de esta manera, se reduce la
de energía y agua, son visibles. Potencialmente, esto
pérdida de energía de la caldera durante el proceso
presenta una mala imagen al mundo exterior de una
de purga.
organización que no respeta el medio ambiente.
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recuperación de condensado
3.2 Periodo de amortización de la recuperación de condensado No hay duda de que un sistema eficaz de
Sin embargo, por lo general la amortización suele
recuperación de condensados puede pagar por sí
estar entre uno y dos años, haciendo que sea una
mismo muy rápidamente en comparación con un
oferta atractiva para las empresas.
sistema en el cual todo el condensado se envía al desagüe.
En las plantas donde el periodo de amortización es superior a dos años, todavía puede ser un proyecto
En realidad, muchas plantas cuentan ya con
que merece la pena ofreciendo importantes ahorros
sistemas de recuperación de condensado, aunque
en costes a largo plazo. Pero en el clima actual
casi todo se puede mejorar con las últimas técnicas.
de incertidumbre económica, con la reducción en
Para aplicaciones sin inyección directa de vapor,
presupuestos para adquisición de material, es difícil
un buen punto de referencia es buscar una tasa de
para muchas organizaciones que usan vapor invertir
recuperación de condensados del 75 al 80%.
por adelantado en estos proyectos, a pesar de que
Cada sistema es diferente y sólo con una evaluación técnica y un cálculo de ahorro en costes se puede determinar la amortización de un proyecto en
podrían ahorrar dinero. Los ahorros resultantes de estos sistemas hacen que muchos de estos proyectos se autofinancien.
particular.
Ahorros de costes potenciales de una recuperación de condensado: Ejemplo práctico basado en un caso real El siguiente ejemplo se basa en un sitio real en el Reino Unido, sin retorno de condensado. Suministro de vapor: Dos calderas de 454 kg/h suministrando hasta 908 kg/h de vapor Potencial de recuperación de condensado: 400 kg/h (cálculo por lo bajo) Los ahorros de costos potenciales con la instalación de equipos de recuperación de condensado: Ahorro de combustible La tasa de la energía ahorrada por la reutilización de condensado a 95ºC, sustituyendo al agua de alimentación fría a 10ºC (basado en una capacidad de calor específica del agua de 4,186 kJ/kg) = (400 x 4,186 x (95 - 10))/3600 (segundos) = 39,53 kW Suponiendo una eficiencia de la caldera del 75%, generar 39,53 kW requerirá un equivalente de gas de 52,71 kW. Horas de operación = 24 horas x 5,5 días/semana x 50 semanas = 6.600 horas Precio del gas = 0,023 $/kWh Coste del gas ahorrado por año = (52,71 x 6.600 x 2,3)/100 = $ 8.001,38 Ahorro de agua Coste del agua y vertidos = $ 2,00 por m3 Ahorro anual del coste del agua = (400 x 6600)/1000 = 2.640 kg x $ 2,00 = $ 5.280,00 Ahorro total de costes: $ 13.281,38 por año (Sin incluir la purga de caldera y ahorros adicionales en los productos químicos de tratamiento de agua.)
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3.3 Cómo tratar con la contaminación de condensado Una de las principales razones para no volver a usar
automáticamente desencadenar la eliminación del
el condensado es el riesgo de contaminación del
condensado contaminado antes de que alcance
proceso o porque el producto final pueda encontrar
la caldera. Los detectores deben estar situados
su camino a la caldera.
de forma que sólo se elimine el condensado
El condensado contaminado puede causar tanto
contaminado. Puede que sea necesario monitorizar y eliminar cada fuente de condensado de forma
corrosión en las calderas como arrastres (gotas de agua que son arrastradas en el vapor al salir de la caldera) y por lo tanto debe evitarse. Hay dos formas comunes de superar este riesgo.
independiente. Otra solución consiste en utilizar intercambiadores de calor para extraer la energía del condensado contaminado. De esta manera se recupera una parte
La instalación de un pozo caliente equipado con
importante de la energía, aunque el condensado
medidores de conductividad y turbidez para detectar
contaminado en sí se pierda.
la contaminación. Cuando se detecta, los controles
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recuperación de condensado
4.0 La tecnología de la recuperación de condensado Hay varias etapas esenciales en cualquier sistema
El condensado resultante debe ser eliminado
de recuperación de condensado eficaz. El objetivo
del sistema o se podría producir una mala
final es volver a utilizar esta valiosa fuente de agua
transferencia de calor y la posibilidad de problemas
caliente y tratada.
por golpes de ariete. El aire y los otros gases no
4.1 Purgadores de vapor para eliminar el condensado del sistema de vapor
condensables también deben eliminarse o se puede
Para poder recuperar y reutilizar el condensado
problemas de corrosión.
primero hay que extraerlo del sistema de vapor. El
Un buen punto de partida en cualquier proyecto para
purgador de vapor es el enlace más importante en
mejorar la recuperación de condensado, además de
el circuito de condensado, ya que conecta con la
ser una de las medidas más rentables, es encargar
zona de uso de vapor con el retorno de condensado
una revisión profesional de purgadores de vapor para
reteniendo el vapor dentro del proceso para el
identificar las mejoras que se podrían lograr.
máximo aprovechamiento del calor, mientras que
Esta revisión también le proporcionará una estimación
elimina los gases no condensables y condensado en
de los ahorros potenciales a través de actuaciones,
el momento adecuado.
proporcionando información para ayudar a justificar
El vapor se condensa cuando cede su calor.
los gastos de mantenimiento.
Línea principal de vapor
producir una transferencia de calor deficiente y
Flujo de vapor
Línea de drenaje al purgador Línea de drenaje desde el purgador
Línea de retorno común Flujo de condensado
Figura 3: Una purgador de vapor descargando a una linea de retorno de condensado común.
Amortización rápida de las revisiones de purgadores de vapor Una revisión de purgadores de vapor ayudará a mantener un sistema funcionando sin problemas y es casi seguro que desvelará los posibles ahorros gracias a la reducción en el consumo de combustible, emisiones, agua y costes de vertidos. Por ejemplo, en una revisión a 50 purgadores de vapor Spirax Sarco nos muestra un potencial de ahorro energético anual de $ 28.400 por revisión. El periodo medio de amortización en cada revisión, incluyendo el coste de los productos de sustitución y su instalación, es de aproximadamente dos meses, una vez completado todo el trabajo recomendado en la revisión.
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4.2 Uso de bombas para retornar el condensado al tanque de alimentación de caldera
adecuadas para aplicaciones en las que se
En condiciones normales el condensado debería descargar
se construyen por lo general como Unidades de
a través del purgador por diferencial de presión. En algunos
Recuperación de Condensado (CRU).
casos esto no es posible y tiene que ser elevado a un
Las unidades de recuperación de condensado
nivel más alto. La elevación del condensado de los
constan generalmente de un receptor, un sistema
purgadores requiere que haya suficiente presión de
de control operado por sondas o flotadores y una
vapor en el sistema para superar la elevación. Sin
o dos bombas. Las bombas eléctricas deben ser
embargo, no siempre hay suficiente presión de vapor
diseñadas y seleccionadas para que puedan manejar
disponible para eliminar el condensado. En este caso,
condensado caliente sin el riesgo de cavitación y
puede ser necesario algún tipo de equipo de bombeo.
daños a la bomba. Las bombas para esta aplicación
4.2.1 Bombas de condensado centrífugas eléctricas
debe ser capaces de operar con una mínima Altura
Las estaciones de bombeo eléctricas son muy
condensado muy caliente.
debe manejar grandes volúmenes de líquido y
de aspiración positiva neta (NPSH) cuando manejan
Venteo Entrada de condensado
Sensor de nivel
Rebose con sifón en 'U' Bomba cetrífuga Descarga de condensado
Bomba centrífuga
Figura 4: Una unidad de recuperación de condensado típica (CRU).
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recuperación de condensado
4.2.2 Bombas de condensado mecánicas
el condensado entre ciclos de bombeo.
Las bombas mecánicas de condensado constan
Las bombas mecánicas suelen ser una mejor opción
de un cuerpo, en el cual el condensado entra por gravedad, dentro contiene un flotador y un mecanismo automático que acciona a un conjunto de válvulas de conmutación. Se permite al condensado acumularse en el interior del cuerpo, que hace subir un flotador. Cuando el flotador alcanza un determinado nivel, el mecanismo de la válvula cambia de situación forzando a la válvula de entrada de vapor a abrirse y a cerrar la válvula de escape, permitiendo la entrada de vapor y presurizando el cuerpo para impulsar hacia fuera el condensado. Cuando el nivel de condensado baja, también lo hace el flotador. El mecanismo hace que la válvula de entrada de vapor se cierre y abra la válvula de escape permitiendo al líquido volver a llenar el cuerpo de la bomba. Dos válvulas de retención instaladas en la entrada y salida de la bomba aseguran la dirección correcta del flujo. Las bombas mecánicas precisan de un receptor que se debe utilizar cuando la bomba está descargando, ya que no se estará llenando. Esto significa que no
para la eliminación de condensado comparadas con las bombas centrífugas eléctricas por varias razones, tanto prácticas como económicas. En primer lugar, las bombas eléctricas centrífugas causan tensiones mecánicas y los picos en la demanda eléctrica cuando arrancan. En segundo lugar, la fuerza de accionamiento de una bomba mecánica proviene del vapor que se puede retornar al sistema, por lo que incurre en costes de energía mínimos. Además, la alta temperatura del condensado que necesita ser manejada puede causar problemas en una bomba centrífuga. Como el condensado es aspirado en la entrada de una bomba centrífuga a una presión más baja, se produce revaporizado en la bomba, reduciendo seriamente la capacidad de bombeo. La cavitación, causada por el colapso de burbujas de vapor dentro del impulsor de la bomba, también puede erosionar la bomba y reducir su vida útil.
tiene que haber un lugar donde se pueda almacenar Venteo
Condensado bombeado a tanque de alimentación Vapor
Vapor
Vapor
Receptor de condensado
Bomba MFP
Figura 5: Disposición típica usando una bomba mecánica y tanque receptor para retornar el condensado al tanque de alimentación de caldera.
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Retorno de condensado en alto
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4.2.3 Bombas-purgador automáticas
Sin embargo, en condiciones donde una contrapresión
Las purgadores de vapor convencionales, necesitan
puede hacer que se interrumpa el flujo en un purgador normal y se inunde el sistema, las bombas purgador
una presión de vapor aguas arriba que sea mayor
cambian automáticamente al modo de bombeo para
que la presión aguas abajo para poder desalojar el condensado de tuberías y de los equipos. Sin
garantizar que se elimine el condensado.
embargo, en los intercambiadores de calor de placas,
Al igual que las bombas de condensado mecánicas,
de uso común en las aplicaciones de procesos,
las bombas purgador automáticas son unidades
cuando cae la demanda de calor, también lo hace la
autónomas compactas y utilizan vapor de la planta
presión aguas arriba y las purgadores de vapor no
para proporcionar la fuerza de accionamiento para
pueden desalojar el condensado.
bombear condensado, incluso bajo condiciones
Las consecuencias pueden ser una ralentización del
de vacío. En funcionamiento, el condensado entra
proceso, una caída en la eficiencia de energía, ruidos y vibraciones en el intercambiador de calor, rotura de
en la cámara a través de la válvula de entrada. Normalmente, el condensado fluye libremente a través
tubos, mayores requisitos de mantenimiento e incluso
de la cámara al sistema de retorno de condensado.
un proceso con una interrupción de flujo.
Sin embargo, si existe una contrapresión que impide
La forma más eficaz para eliminar el condensado de
que el condensado salga normalmente, se cierra
los intercambiadores de calor en estas situaciones, así como en otras aplicaciones donde no hay suficiente presión para desalojar el condensado, es instalando una bomba purgador automática. En condiciones normales de funcionamiento, estas
la válvula de salida de condensado de la bomba purgador. El condensado continúa fluyendo hasta llenar la cámara y luego se bombea utilizando el mismo principio que una bomba de condensado mecánica convencional.
actúan como purgadores de vapor convencionales.
Válvula reductora de presión
Válvula de control
Válvula de seguridad Flujo salida secundario
Separador Entrada vapor Protector sobretemperatura
Condensado
Flujo entrada secundario
Vapor a bomba Condensado
Bomba-purgador automática
Intercambiador de calor de placas
Figura 6: Las bombas purgador automáticas se usan a menudo para desalojar condensado de intercambiadores de calor. incluso bajo condiciones de vacío.
Bombas-purgador automáticas - un caso práctico Dos bombas purgador automáticas ayudó a resolver un problema de control para Sembcorp, una de las principales empresas del Reino Unido en suministro de electricidad, gas, agua y servicios, donde calientan el suministro de gas a 40ºC para evitar que se congele cuando entra en las líneas de más baja presión aguas abajo. Una carga variable en el calentador de gas puede causar una caída de presión o incluso que se forme vacío en el interior del intercambiador de calor, usado para para evitar que el condensado escape, que hace que se interrumpa el flujo y fluctúe la temperatura del gas. Las dos bombas purgador automáticas Spirax Sarco desalojan el condensado de manera controlada, independientemente de la presión. Anteriormente, la temperatura del gas variaba considerablemente, pero el control de temperatura está ahora dentro de los 2ºC del punto de consigna. Junto con un nuevo sistema de control, el problema está ya resuelto.
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recuperación de condensado
4.3 Calentamiento y desgasificación del tanque de alimentación
por tratamiento químico. Al calentar el agua de
Una vez que el condensado retorna al tanque de
oxígeno, se puede reducir hasta en un 75% la
alimentación, este debe ser mezclado con el agua de
cantidad requerida de productos químicos.
alimentación para aumentar la temperatura. Sin embargo, simplemente alimentar el condensado por la parte superior del tanque de agua de alimentación puede ser bastante ineficiente. A medida que cae a través del espacio por encima del agua, se pueden perder el vapor y la energía y, no menos importante, absorber aire, lo que podría provocar corrosión en la caldera y la planta de vapor. Se puede dispersar el oxígeno en el agua de
alimentación a 85ºC se elimina la mayor parte del
La solución más eficiente para calentar y desgasificar se consigue usando un cabezal desgasificador que mezcla el retorno de condensado, revaporizado y el agua de aportación fría cuando entran en el tanque de alimentación de caldera. El cabezal deasgasificador mezcla el agua de aportación fría, con su alto contenido en oxígeno, con el revaporizado del condensado y la recuperación de calor de las purgas.
alimentación por calentamiento y se absorbe
Venteo
Cabezal desgasificador condensador de revaporizado
Sistema de control de nivel
Agua de aportación fría Recuperación de calor de purgas
Retorno de condensado
Sistema de control de temperatura
Vapor
Sistema de recirculación
Agua de alimentación a caldera
Figura 7: El aireador condensa el revaporizado asegurando que vuelva a entrar en el tanque de alimentación de caldera de manera eficiente y sin problemas operativos.
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4.4 Revaporizado y su recuperación
los purgadores de vapor entra en el tanque de
Una de las maneras más eficaces energéticamente
revaporizado. Dentro de la cámara del tanque
para extraer el calor del condensado antes de
de revaporizado, el revaporizado se separa del
devolverlo al tanque de agua de alimentación es
condensado y sale del tanque para suministrar a un
en el sistema de revaporizado. El revaporizado se
proceso de baja presión o un equipo de calefacción
libera del condensado caliente cuando se reduce su
en el que se vaya a utilizar revaporizado.
presión.
El condensado restante dentro del tanque se
Cuando los purgadores de vapor descargan
descarga a través de un purgador de vapor y pasa al
condensado, siempre lo hacen desde una presión
sistema de recuperación de condensado donde se
mayor a una menor. Cuanto mayor sea la diferencia
dirige hacia el tanque de alimentación de caldera.
entre la presión inicial y la presión después de la descarga, mayor será la cantidad de revaporizado.
4.4.1 Condensador del venteo de revaporizado
El revaporizado es el mismo tipo de vapor que el
Las unidades de recuperación de condensado
generado en una caldera. Tiene el mismo contenido
y otros receptores de condensado suelen estar
de calor que el vapor de caldera. El revaporizado
provistos de un venteo a la atmósfera para asegurar
tiene tanto valor como el de caldera de vapor para el
que no acumulen presión. El revaporizado de esta
uso en instalaciones de vapor de baja presión y para
tubería de descarga y venteo puede ser recuperado
calefacción.
y utilizado para funciones de calentamiento
En cualquier sistema de vapor que busca maximizar la eficiencia, el revaporizado se separa del condensado, donde se puede utilizar para complementar cualquier carga a baja presión. Cada kilo de revaporizado utilizado de esta manera es un kilo de vapor vivo que no tiene que ser suministrado por la caldera. El revaporizado puede ser recogido mediante
de agua de aportación o de proceso. Esto se consigue normalmente mediante la instalación de un intercambiador de calor o condensador de revaporizado del venteo, en la línea de venteo del receptor. Dependiendo de los costes de instalación, las plantas normalmente amortizarán en un año el coste de un condensador de revaporizado del venteo.
un tanque de revaporizado. El condensado de
Venteo a la atmósfera Entrada agua de proceso Salida agua de proceso Drenaje
Venteo receptor
Figura 8: Un intercambiador de calor montado en una unidad de retorno de condensadopara extraer el calor del revaporizado del venteo.
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recuperación de condensado
4.5 Circuito cerrado de recuperación de condensado Los sistemas convencionales de recuperación de condensado que funcionan a presión atmosférica representan una barrera natural a la cantidad de energía recuperada de condensado que se puede utilizar. Normalmente, el tanque de alimentación de la caldera está a presión atmosférica manteniendo el agua de alimentación entre 85ºC y 90ºC. Más caliente podría causar cavitación en la bomba de alimentación de caldera, debido a la formación de burbujas y su colapso en el lado de baja presión (aguas arriba) de la bomba, que puede dañar rápidamente la bomba. Esto limita claramente la cantidad de calor que se puede añadir en el tanque de alimentación con el condensado recuperado. Si se excede la cantidad de calor disponible en el sistema de recuperación de condensado, a menudo este se desperdicia.
La implementación de un sistema de circuito cerrado de recuperación supera este problema permitiendo que prácticamente toda la energía tanto del condensado como su revaporizado sea utilizado, reduciendo los costes de generación de vapor y aumentando la eficiencia de la caldera. Un sistema así soluciona el problema de cavitación de la bomba de alimentación de caldera creando un sistema de vapor completamente cerrado y transfiriendo el calor del revaporizado y condensado recuperado al lado de alta presión de la bomba de alimentación de caldera. Por lo tanto, el agua que entra en la caldera se puede elevar muy por encima de los 100ºC sin causar cavitación en la bomba. Se pueden conseguir grandes ahorros en gastos de combustible y agua, estimados en aproximadamente $ 17.000 para un sistema pequeño y hasta $ 160.000 para sistemas más grandes. También se están logrando ahorros significativos en las emisiones de CO2 hasta 2.000 toneladas por año. Se han obtenido plazos de amortización de las inversiones en estos sistemas inferiores a los 12 meses.
Circuito cerrado de recuperación de condensado un caso práctico El éxito de la tecnología de recuperación de condensado en un lazo cerrado está bien ilustrado en un proyecto en Abbey Corrugated, que encargó a Spirax Sarco el diseño e instalación de un sistema como parte de una campaña de importantes ahorros en energía. La instalación resultó ser el proyecto más importante en el sistema y les ayudó a convertirse en una de las 12 organizaciones de toda Inglaterra y Escocia en recibir la acreditación “Carbon Trust Standard”. Antes de este proyecto, el agua entraba a la caldera a alrededor de 70ºC. Ahora entra a 140ºC aproximadamente, de acuerdo con el Director de Instalaciones de Abbey Carbon, Paul Gale: “En ese momento se realizó una gran cantidad de trabajo, pero es justo decir que el ahorro conseguido con este proyecto está en alrededor de un 25% de la gas utilizado por la caldera.”
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4.6 Aplicaciones de recuperación de calor de purgas de caldera
revaporizado. Después de pasar a través de la
Se pueden conseguir enormes ahorros en costes
a un tanque de recuperación de revaporizado.
mediante mejoras en los sistemas de purga de
En el tanque, se separa el revaporizado libre de
calderas que controlan la contaminación de caldera.
contaminantes del condensado y está disponible
En muchas salas de calderas, el operador de
para calentar el tanque de alimentación de caldera.
caldera abre manualmente la válvula de purga a
Se pueden conseguir aún mayores ahorros haciendo
intervalos regulares y el agua se elimina vertiéndola
pasar la purga restante a través de un intercambiador
al desagüe.
de calor para calentar el agua de aportación que
La purga de caldera contiene grandes cantidades
entra en el tanque de alimentación de caldera.
válvula de purga, el agua a baja presión fluye
de calor que se puede recuperar fácilmente como Tanque de agua de aportación
Controlador de nivel
Agua fría Condensado
Tanque de alimentación de caldera Suministro de vapor al inyector Tanque de revaporizado
Vapor
Purgador de boya
Intercambiador de calor
Válvula de purga
Caldera
Bomba agua alimentación
Desagüe
Figura 9: Instalación típica de recuperación de calor de purgas de caldera.
Recuperación de calor de purgas de calderaun caso práctico British Bakels ha reducido casi el 6,5% en el coste combinado de energía y agua para su caldera, gracias a un sistema de recuperación de revaporizado de Spirax Sarco. El sistema recupera el revaporizado generado por la purga de la caldera principal en la planta que tiene la compañía en Bicester. Antes, este revaporizado se descargaba a la atmósfera en lugar de recuperarlo. Los cálculos iniciales predijeron que se ahorrarían un 5% de sus costes mediante la instalación de un nuevo tanque de revaporizado y equipos asociados que permitirían a la empresa condensar el revaporizado y retornarlo al tanque de alimentación de caldera. El tanque de alimentación se mantiene a 85ºC mediante la inyección de vapor vivo, y se le suministra una mezcla del retorno de condensado y el agua de aportación fría. El nuevo sistema elimina la necesidad de inyección de vapor y de agua de aportación.
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recuperación de condensado
5.0 Gama de poductos Spirax Sarco para la recuperación de condensado Spirax Sarco ofrece una amplia variedad de
Estaciones de purga
productos y servicios para la gestión y recuperación
La estación de purga de vapor STS17.2 incluye
del condensado.
todos los componentes necesarios para una
Purgadores de vapor
instalación de purgadores de vapor en un conjunto
Cada aplicación de vapor tiene sus propios requisitos, es imposible atender a todas las necesidades con un solo tipo de purgador de vapor. Spirax Sarco ofrece una amplia variedad de
eficiencia energética y la reducción de los costes de mantenimiento, la estación disminuye el coste total de propiedad de la planta de vapor y puede ayudar a
purgadores de vapor en tres diferentes categorías:
las empresas a reducir sus emisiones de carbono.
• Purgadores de vapor termostáticos
Bombas de condensado eléctricas
No descargan hasta que la temperatura ha descendido por debajo de la del condensado. Estos purgadores son usados ampliamente en aplicaciones en las que es aceptable utilizar una parte del calor latente del condensado y reducir las pérdidas por revaporizado, por ejemplo: líneas de traceado no crítico. • Purgadores de vapor mecánicos Descargan el condensado a la temperatura del vapor. Esto les hace la primera elección para aplicaciones en las que la tasa de transferencia de calor es alta para un área de transferencia de calor dada, por ejemplo: aplicaciones de intercambiadores de calor. • Purgadores de vapor termodinámicos Son compactos, sencillos, ligeros y no les afectan los golpes de ariete o vibraciones. Los purgadores termodinámicos descargan el condensado a una temperatura cercana a la de saturación. Esto los convierte en la primera opción para drenaje de tuberías de vapor y líneas de traceado crítico.
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compacto de fácil montaje. Mediante la mejora de la
Las unidades eléctricas de recuperación de condensado manejan condensado muy caliente y lo retornan para su uso como agua de alimentación de caldera para mejorar la eficiencia energética de la planta. Las unidades están disponibles con receptores en cobre galvanizado o acero inoxidable, capaces de manejar capacidades de hasta 30.000 kg/h. También disponemos, bajo pedido especial, de unidades de mayor capacidad. Bombas de condensado mecánicas Las bombas automáticas MFP14 recuperan el condensado bajo todas las condiciones de funcionamiento. Son autónomas, usando vapor u otro gas presurizado como fuerza de accionamiento. No tienen motores eléctricos o interruptores de nivel, lo que simplifica la instalación y las hace ideal para instalar en áreas peligrosas. Las bombas automáticas MFP14 pueden bombear fluidos de alta temperatura sin cavitación, reduciendo el mantenimiento de la planta.
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Bombas-purgador automáticas
utiliza para precalentar el agua de alimentación de la
La gama APT elimina el condensado de
caldera. Freme es un sistema cerrado y presurizado
intercambiadores de calor y planta de proceso
que permite el retorno de condensado se introduzca
bajo todas las condiciones de carga y forma
en la caldera a temperaturas mucho más altas
una parte integral del proceso de eliminación de
que un sistema convencional atmosférico. De esta
condensado. Estas bombas-purgador compactas,
manera se reduce la cantidad de trabajo que tiene
totalmente automáticas aseguran que la planta de
que ejercer la caldera para generar vapor, lo que
proceso o equipo permanezca totalmente drenado
reduce considerablemente los costes de energía.
de condensado bajo todas las condiciones de
Servicios
funcionamiento - incluso con vacío - optimizando la eficiencia térmica de la interfaz de intercambio de calor.
Spirax Sarco ofrece asistencia técnica, conocimientos y servicio técnico, y colabora con los operadores de sistemas de vapor para identificar,
Recuperación de revaporizado
diseñar e implementar mejoras en sus sistemas, y
Spirax Sarco diseña y especifica una gama completa
después ayuda a mantener los beneficios resultantes
de sistemas de recuperación de revaporizado y
de eficiencia del sistema.
de calor que incorporan productos de su amplia
Los trabajos llevados a cabo cubren una amplia
gama de productos, incluidos los taques de revaporizado, intercambiadores de calor, controles, sistemas para tanques de alimentación y mucho más.
variedad de equipos incluyendo revisiones de purgadores de vapor, instalaciones y estudios de plantas de vapor. El estudio más popular es
Lazo cerrado de recuperación de condensado
la revisión de purgadores de vapor. Una vez
El Freme (equipo de gestión de recuperación de
completada esta revisión se puede conseguir que
energía del revaporizado) es un sistema compacto
la población purgadores de vapor alcance un nivel
totalmente ensamblado que puede recuperar toda
de alto de eficiencia operativa para ahorrar dinero y
la energía del condensado y del revaporizado y se
lograr un sistema más eficiente.
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Spirax Sarco S.A.U. Sant Josep 130, 08980 Sant Feliu de Llobregat Tel: 936 857 929 Fax: 936 857 011 E-mail:
[email protected] Internet: www.SpiraxSarco.com/es Traducido por Salvador Aguirre de Cárcer
