¿Cómo afecta la calidad de Vapor en los procesos?

La Calidad del Vapor

Vapor libre de líquidos, sólidos y a la condición correcta.

Es muy importante la calidad de vapor, este puede determinar la calidad del producto, la productividad, la eficiencia energética de un proceso, también influye notablemente en los costos de mantenimiento y operación de una planta industrial.

Podemos comentar sobre los problemas de erosión, corrosión, golpes de ariete, falta de capacidad, fallas de componentes, entre otros, pero esta vez nos concentramos en aclarar tres conceptos asociados cuando hablamos de calidad de vapor.

«La calidad de vapor» se puede definir por varios aspectos:

1. Contenido de líquido en el vapor, humedad o título.

2. Impurezas en el vapor:  Contaminación por partículas sólidas, químicas y gases.

3. Condiciones operativas del vapor:  Flujo, Presión y Temperatura.

Se dice que la alimentación de vapor es correcta, si este llega en la cantidad y calidad adecuada.

La cantidad es lo básico y fundamental; la exigencia térmica de cada proceso determina una cantidad de vapor que se debe de entregar a demanda del proceso. Es el generador de vapor (Problemas de arrastre), la red de distribución (eficiencia del aislamiento térmico y drenajes de línea de agua y aire), la válvula de regulación y control (precisión, velocidad de reacción y drenaje de los condensados) que determinan que se cumpla este primer requisito.

VAPOR SECO:

La primera condición de calidad, está determinada por la cantidad de líquido contenido en vapor, definida en porcentaje (0 -100%) otros prefieren definir un vapor de título (de 0 a 1). Este se podría medir con un calorímetro para altas humedades, pero este método es impráctico, otra posibilidad de con instrumentación que también tiene limitaciones de funcionamiento. 

Otra manera, es calcular siguiendo estas consideraciones: Primero, se tiene que partir de una condición de operación eficiente de la caldera, generación de vapor seco. La humedad del vapor se calcula de acuerdo a una condición de distribución de vapor (se puede asumir 100% vapor seco a la salida de la caldera) y luego, se calcula las pérdidas de energía evaluando las condiciones de transporte, determinado por la eficiencia térmica del aislamiento térmico, este cálculo de humedad producida en el transporte, se puede realizar con mucha precisión, conocido las características del aislamiento y las prácticas de su instalación.

Además, ayuda mucho, la validación de un equipo de termografía para determinar los puentes térmicos (zonas calientes), temperatura superficial y hasta puntos de anegamiento, este es un método teórico práctico que funciona muy bien con ayuda los softwares de cálculo de pérdidas de energía y los equipos adecuados.

En general, podemos decir que no hay distribución 100% eficiente energéticamente, por lo tanto, el flujo de vapor se produce gotas de agua en suspensión, la húmeda del vapor no se elimina por los drenajes, eficientemente se eliminan utilizando, drenajes de línea y separadores de gotas de alta eficiencia, con una instalación correcta, podemos asegurar alimentación de vapor al proceso es de hasta un 99.9% de calidad.

Tener presente que, la presencia de humedad en el vapor, genera una pérdida en la capacidad de calentamiento del equipo, se reduce la capacidad de transferencia de calor y se reduce la energía disponible en el vapor por unidad de masa. Y en el caso de equipos de regulación de flujo, como las válvulas y también en los equipos potencia- Turbinas, las gotas de agua viajando a altas velocidades (Velocidad de transporte de hasta 50 m/s y en otro caso en el punto de estrangulamiento de más de 100 m/s) producen erosión seduciendo significativamente su vida útil de los equipos.

VAPOR LIMPIO

La segunda condición de calidad está determinada por las impurezas. Estas pueden tener muchos orígenes, la calidad del agua, el tratamiento químico, la corrosión, la calidad de las instalaciones y materias de las instalaciones, la separación de gases, la utilización de desareadores y eliminadores de aire, entre otros.

Con el manejo de la pureza del vapor, se obtiene calidades de vapor limpio según la aplicación.

Los procesos pueden exigir diferentes calidades de vapor: industrial, culinario, limpio y puro. En todos los casos, se puede utilizar estaciones de tratamiento de vapor, para la limpieza y secado. Instalando separadores de humedad mecánicos y diferentes calidades de filtros en las micras adecuadas a cada calidad, además de los componentes para la eliminación de aire. Tomar en cuenta que cada calidad de vapor exige diferentes especificaciones para las instalaciones de la red de distribución de vapor.

• Vapor Industrial: Procesos en general de calentamiento y potencia.
• Vapor Culinario:  Filtrado, adecuado para estar en contacto con alimentos.
• Vapor limpio: Utilizado en hospitales, Biotecnología y casos de alimentos y bebidas.
• Vapor puro: industria farmacéutica y biotecnología.

VAPOR A LA CONDICIÓN CORRECTA

La tercera condición, está definida por la alimentación de vapor a la condición correcta, tenemos que partir desde el criterio que el vapor es la fuente de energía para el proceso y que cada proceso tiene un requerimiento de energía especifica que cambia en el tiempo.

Es la condición de presión- temperatura y cantidad de vapor, que determina se le entregue una cantidad de energía necesaria de acuerdo la exigencia térmica del proceso, esta está determinada también por la velocidad de respuesta de los sistemas de alimentación de vapor, válvulas de regulación y control.

 Para las válvulas, El factor Cv (coeficiente de velocidad) es que determina la capacidad de flujo del sistema de alimentación y luego está la velocidad de respuesta o sensibilidad de la válvula y controles, PID del controlador en otros casos. Que determinan la alimentación de vapor sea la adecuada para atender a la variación de demanda del proceso productivo. También es importante un caso en particular, el llamado “punto de anegamiento” se produce un descontrol del proceso de calentamiento, por la relación en la presión de alimentación el sistema y la contrapresión del condensado, que no permite descargarlo en consecuencia no se puede mantener la superficie de calentamiento al 100% de sus capacidades.

De esta manera si tomamos en cuenta las tres consideraciones explicadas, podemos hablar de

 «la calidad vapor» adecuada para cada proceso, esto en toda su extensión.

 Vapor, en la cantidad y calidad correcta.

Jaime Segura.