Generación de vaporDescripción

Definición La generación industrial de vapor es el proceso mediante el cual se produce vapor a presiones

por encima de la atmosférica, a partir de la energía de un combustible, o de energía eléctrica.

El vapor producido será posteriormente utilizado en diferentes funciones de la fábrica, tales como aportación de calor en procesos o movimiento de máquinas

El vapor de agua constituye el fluido energético ideal para la industria, que necesita la utilización de calor a diversos niveles de temperatura, generalmente entre los 90ºC y 260ºC, que corresponden a 0,5 kg/cm² y 60 kg/cm², aproximadamente.

El alto calor latente y la pequeña densidad de este fluido hacen que el vapor de agua sea especialmente efectivo en las operaciones de calentamiento. Su uso se extiende prácticamente a todas las unidades de procesos químicos.

La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

• Esterilización (tindarización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización).

• Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petroleos pesados y mejorar su fluidez.

• Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado

Componentes El generador de vapor consta de la caldera (vaporizadores), así como del recalentador,

recalentador intermedio, precalentador del agua de alimentación (economizador) y precalentador de aire.

Pertenecen también a la instalación del generador de vapor las máquinas auxiliares para la entrada de combustible, las bombas de agua de alimentación, el ventilador, el aspirador, el extractor de polvo, así como el equipo de medición y regulación.

Tipos de calderas • Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por

tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación.

• Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape.

Elementos, términos y componentes de una caldera[editar] • Agua de alimentación: es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de

pozo o agua de red con algún tratamiento químico como la desmineralización.

• Agua de condensado: es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor.

• Vapor seco o sobresaturado: Vapor de óptimas condiciones.

• Vapor húmedo o saturado: Vapor con arrastre de espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada.

• Condensador: sistema que permite condensar el vapor.

• Estanque de acumulación: es el estanque de acumulación y distribución de vapor.

• Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.

• Purga de fondo: evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.

• Purga de superficie: evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.

• Fogón u hogar: alma de combustión del sistema, para buscar una mejora continua de los recipientes y circuitos establecidos por la caldera.

• Combustible: material que produce energía calórica al quemarse.

• Agua de calderas: agua de circuito interior de la caldera, cuyas características dependen de los ciclos y del agua de entrada.

• Ciclos de concentración: número de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentación.

• Alcalinidad: nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una concentración de iones carbonatos e hidroxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11,5.

• Desoxigenación: tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.

• Incrustación: sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.

• Dispersante: sistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de incrustación.

• Antiincrustante: sistema químico que les permite a los sólidos permanecer incrustantes en solución.

• Anticorrosivo: sistema químico que brinda protección por formación de filmes protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.

• Índice de vapor/combustible: índice de eficiencia de producción de vapor de la caldera.

Clasificación Los generadores de vapor se clasifican según los criterios enumerados a continuación:

• Disposición de los fluidos: de tubos de agua (acuotubulares) o de tubos de humos (pirotubulares).

• Circulación de los fluidos: de circulación natural, de circulación asistida y de circulación forzada.

• Transmisión del calor: de convección, de radiación o de radiación y convección.

• Combustible: de carbón (parrilla mecánica o carbón pulverizado), de combustibles líquidos, de combustibles gaseosos, de combustibles especiales (licor negro, bagazo, desperdicios de madera, etc.) y de recuperación de calor de gases (con o sin combustión adicional).

• Presión de trabajo: subcríticos (de baja presión, de media presión, de alta presión) o supercríticos.

• Tiro: de hogar presurizado o de hogar equilibrado.

• Sistemas de apoyo: generadores apoyados o generadores suspendidos.

• Lugar de montaje: montados en taller o montados in situ.

• Implantación: terrestres o marítimos.

• Ubicación: intemperie, semiautomáticos o de operación manual.

Campos de aplicación Para la distribución o transporte de calor se utilizan principalmente tres tipos de fluidos en

función de los requerimientos o necesidades del proceso: vapor, agua o aceite.

El vapor de agua es el fluido térmico más ampliamente utilizado. La generalización del uso está basada en un conjunto de características singulares que le convierten en prácticamente insustituible. Son destacables:

• Materia prima barata y asequible.

• Amplio rango de temperatura.

• Ininflamable y no tóxico.

• Fácilmente transportable por tubería.

• Elevado calor de condensación.

• Elevado calor específico.

• Temperatura de condensación fácilmente regulable.

Conceptos básicos

Potencia de un generador de vapor La potencia máxima permanente del generador de vapor es la máxima cantidad de vapor que

cede el generador por hora, en servicio permanente, en las condiciones de presión y temperatura estipuladas en el contrato de suministro.

Transformación del agua en vapor recalentado El aumento de la presión y de la temperatura de vapor empleado en las instalaciones de vapor

contribuye al aumento del rendimiento de estas instalaciones y a la disminución del gasto de combustible en la producción de energía eléctrica.

Las propiedades físicas del agua y de vapor en relación con la temperatura y la presión son conocidas por vía experimental y se hallan resumidas en las tablas y en el diagrama de Mollier.

Evaluación de las pérdidas de un generador de vapor Pérdidas por humos

Para un mismo combustible y determinado exceso de aire (CO2 fijo), las pérdidas por los humos disminuyen al decrecer la temperatura de los gases.

Dichas pérdidas se pueden reducir hasta el 7% aproximadamente en las mejores condiciones para instalaciones convencionales.

Pérdidas por radiación y conducción

Las pérdidas por radiación y conducción de una caldera no pueden medirse exactamente. Son valores experimentales que dependen de la máxima carga continua de la caldera y del porcentaje de carga al que trabajen.

Pérdidas por inquemados

Por un lado se producen pérdidas por combustión incompleta de inquemados gaseosos y de hidrocarburos líquidos, y por otro lado se producen pérdidas de calor por residuos sólidos sin quemar.

Purga de caldera: proceso de extracción de una cierta cantidad de agua del interior de la caldera, con el fin de evitar la concentración excesiva de los sólidos disueltos por la operación de la misma, así como para dar salida a los sólidos que pudiera haber es suspensión en el agua.

Si se realiza una purga excesiva se producen pérdidas de calor superiores a lo normal y se precisa más agua de aportación y mayor energía de bombeo para esta agua.

Si se purga en defecto la caldera, la concentración de sólidos del agua de la caldera aumenta con el consiguiente peligro de arrastre de sólidos.

Un sistema de purga continua consigue una regulación constante de sólidos en el agua de la caldera hasta el nivel deseado, y un aprovechamiento del vapor obtenido en la vaporización instantánea de las purgas.

Componentes

El circuito de vapor El vapor que se genera en la caldera, mediante la aportación de energía a partir de

combustibles, se debe transportar mediante tuberías a los lugares donde se requiere energía calorífica.

Cuando la válvula de salida de la caldera se abre el vapor sale inmediatamente hacia la tubería de distribución. Puesto que ésta, inicialmente, está fría, el vapor le transmitirá calor. El aire que rodea las tuberías también está más frío que el vapor, con lo cual el sistema a medida que se calienta empieza a transferir calor al aire. Esta pérdida de calor a la atmósfera provoca que una parte del vapor se condense.

El agua formada por condensación cae a la parte baja de la tubería y discurre empujada por el flujo de vapor hasta los puntos bajos de la tubería de distribución.

Para establecer un flujo continuo de vapor que sale de la caldera se debe generar vapor continuamente. Por ello, es preciso retornar agua a la caldera para compensar la que se está vaporizando.

Si introducimos en la caldera agua caliente en lugar de fría se deberá añadir menos entalpía para llevar el agua a su punto de ebullición, con la consiguiente reducción de la cantidad de combustible necesaria para generar vapor. El condensado que se forma en las tuberías de distribución y en los equipos de proceso se puede utilizar para esta alimentación de la caldera con agua caliente.

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Diseño de las redes de distribución de vapor En el diseño de una conducción de vapor han de considerarse de forma simultánea diversos

aspectos del problema. Las fases más importantes del cálculo son:

• Dimensionado de la línea de vapor.

• Diseño del trazado y accesorios.

• Selección de la calidad y espesor del aislamiento.

• Dimensionado de la línea de retorno de condensado.

Medidas de eficienciaLa siguiente tabla muestra, en porcentajes, el incremento potencial en eficiencia que puede ser

alcanzado al aplicar algunas medidas de eficiencia energética en las diferentes áreas específicas de generación, operación y mantenimiento y distribución.

Oportunidades en la generación de vapor Substancialmente las pérdidas de energía en una caldera son causadas por una combustión

incompleta.

Las tres estrategias para minimizar las pérdidas de calor en los gases de combustión son:

• Minimizar el exceso de aire en la combustión.

• Mantener limpias las superficies de intercambio de calor.

• Cuando se justifique, agregar un equipo de recuperación de calor de los gases de combustión.

La eficiencia de una caldera se incrementa en un 1% por cada 15% que se reduce el exceso de aire o por la reducción de 1,3% de oxígeno o por una reducción de 4,5C en la temperatura de los gases de combustión.

Medidas de eficiencia energética:

• Utilizar las pérdidas de calor para precalentar el agua de alimentación de la caldera.

• Aplicar siempre vapor al proceso que utiliza los niveles más bajos posibles de presión y temperatura.

• Expandir siempre el vapor desde un nivel alto de presión a un nivel bajo utilizando los medios más eficientes posibles.

Oportunidades en la operación y el mantenimiento Es fundamental prestar atención al mantenimiento y operación.

Algunos ejemplos de oportunidades que pueden ser realizadas son:

Tratamiento de agua

Si el agua de alimentación de la caldera no es tratada adecuadamente, las incrustaciones pueden reducir su eficiencia tanto como 10%-12% y puede, incluso, ser peligroso para la instalación.

Retorno de condensados.

Adicionalmente se requiere entre 15% a 18% de la energía de la caldera desde el sistema de generación y distribución de vapor para recalentar cada medio litro de agua fría de repuesto.

Controladores de carga.

Los sistemas de control distribuido digital basados en ordenadores que pueden alargar la vida útil de la caldera. Controles de quemadores múltiples se pueden acoplar con el control de ajuste de aire lo que puede dar como resultado ahorros de combustible de 3% a 5 %.

Medidas de eficiencia energética:

Revisar las trampas de vapor y de condensados y asegurar que los condensados son retornados eficientemente.

Instalar medidores y llevar registros de hacia dónde va el vapor. Hacer inspecciones del sistema general de distribución y de cada uno de los procesos individuales para mantener un buen balance de vapor.

Sistema de distribución de vapor Cuidar el sistema de distribución de vapor nos da una de las mejores oportunidades de ahorrar.

El costo del mantenimiento a las trampas de vapor y el revisar que no existan fugas en las uniones de las tuberías y en las válvulas, requiere de una inversión de capital muy pequeña o casi nula.

Fugas de vapor

Eliminar las fugas es una oportunidad de ahorrar energía y dinero, además, esto es muy simple y el costo es muy bajo.

Trampas de vapor

Cuando no se tiene un programa de mantenimiento para las trampas de vapor, es común encontrar en la instalación de 15 a 20% de las trampas funcionando inadecuadamente todo el tiempo.

Aislamientos

Existe un rango de ahorros potenciales desde 3 % hasta valores tan altos como 13 % del total de gas natural utilizado en promedio.

Medidas de eficiencia energética

Establecer un programa para regular la inspección, prueba y reparación de las trampas de vapor. El personal de mantenimiento y de operación deberá ser entrenado adecuadamente en las técnicas para hacer pruebas a las trampas de vapor. Cuando se requiera hacer pruebas de ultrasonido, contratar personal adecuadamente entrenado.

Revisar que no existan fugas de vapor en las tuberías.

Revisar la operacionalidad de las válvulas de control.

Mantener un sistema rutinario para identificar líneas de vapor que son poco o rara vez utilizadas y que puedan ser removidas del servicio.

Tuberías

Para un funcionamiento correcto En la gran mayoría de las industrias relacionadas con el manejo de vapor se emplean las

calderas. Este tipo de maquinas son conocidas como generadoras de vapor por medio de la transferencia de calor a presión constante, es decir, el fluido se encuentra en estado líquido y al calentarse cambia su fase.

Las calderas poseen un gran número de aplicaciones, los dos usos más comunes son en la industria petrolera y en la centrales termoeléctricas.

 Para la industria petrolera, las calderas se encargan de calentar los petroles pesados para así mejorar su fluidez. Mientras que en la centrales termoeléctricas son ellas las que generan la electricidad, por medio de un ciclo Rankie.

Tubería para caldera Las tuberías para calderas suelen fabricarse de diversos materiales, ya que depende en gran

parte del líquido que transportarán.

 Los materiales más comunes son el latón, acero inoxidable, cobre y aluminio. Es importante considerar que para su aplicación en calderas su tamaño debe ser respectivo a los diámetros exteriores.

 Las tuberías para calderas deben responder a los requerimientos de la aplicación, es decir, tener una excelente resistencia a la corrosión, temperatura y presión.

Tubería metálica

El tubo estándar norteamericano de acero o de hierro dulce o forjado hasta de 12 pulg. de diámetro se designa por su diámetro interno nominal, el cual difiere algo del diámetro interno real. Se encuentran en uso común tres tipos de tubo: estándar, extrafuerte o reforzado y doblemente reforzado. En el mismo tamaño nominal, los tres tipos tienen el mismo diámetro exterior que el tubo estándar, encontrándose el incremento de espesor de los tipos extrafuerte y doblemente reforzado en la parte interior. Así, el diámetro exterior del tubo de 1 pulg. nominal, en los tres tipos, es de 1.315 pulg., siendo el diámetro interior del tipo estándar 1.05 pulg., del tipo reforzado 0.951 pulg. y del doblemente reforzado 0.587 pulg.

Todos los tubos de diámetro mayor de 12 pulg. se designan por sus diámetros exteriores y se especifican por su diámetro exterior y el espesor de pared. Los tubos para calderas, de todos los tamaños, se designan por sus respectivos diámetros exteriores.

Los tubos de latón, cobre, acero inoxidable y aluminio tienen los mismos diámetros nominales que los de hierro, pero tienen secciones de pared más delgadas.

El tubo de plomo y los revestidos interiormente de plomo se usan en trabajos de química. El tubo de fundición se emplea en las condiciones subterráneas de agua o gas y para desagües de edificios.

Osmosis inversa

Definición • Osmosis: Fenómeno natural en el cual agua pasa a través de una membrana semi-permeable, desde una solución menos concentrada a una solución más concentrada. El resultado final es la extracción del agua pura del medio ambiente, por Ejemplo Las raíces permiten a las plantas extraer el agua del suelo( El agua del suelo pasa por difusión a través de las membranas de las raíces para diluir la alta concentración de sales que normalmente tiene la Savia de la planta. El objetivo de la Osmosis Natural es que los seres vivos puedan absorber el agua pura del medio ambiente. Se denomina Osmosis inversa a revertir el proceso natural de Osmosis mediante una fuerza externa.

• Osmosis Inversa: Proceso en el cual se fuerza al agua a pasar a través de una membrana semi-permeable, desde una solución más concentrada en sales disueltas u otros contaminantes a una solución menos concentrada, mediante la aplicación de presión. El Objetivo de la Osmosis Inversa es obtener agua purificada partiendo de un caudal de agua con gran cantidad de sales como puede ser el agua de Mar. De hecho una de las grandes aplicaciones de la Osmosis Inversa es obtener agua potable partiendo del agua de Mar con la escasez de agua originada por el desarrollo humano esté proceso se ha vuelto más rentable.

Osmosis inversa en la industria Industrialmente la Osmosis Inversa es un proceso continuo que cuenta con una corriente de

entrada y dos de salida : Producto o permeado, Concentrado o rechazo.

• Alimentación de Osmosis Inversa: Agua que entra al sistema de ósmosis inversa de Pozo, Rio, Mar o agua Salubre luego del pre-tratamiento acondicionamiento el cuál varia acorde al tipo de agua.

• Producto de Osmosis Inversa (Permeado): Agua permeada a través de la membrana la cuál es baja en Sales y que puede ser utilizada desde para una caldera hasta para fines farmacéuticos con el tratamiento correspondiente.

• Concentrado de Osmosis Inversa (Rechazo): Agua de arrastre a la salida del sistema, que contiene las sales que han sido separadas por las membranas.

• Recuperación de Osmosis Inversa: Eficiencia del sistema , medida como el porcentaje de la alimentación que se transforma en producto.% de Recuperación = Flujo de producto/ Flujo de alimentación x 100

Pretratamiento de osmosis inversa El pre tratamiento de una Osmosis Inversa Consiste en acondicionar el agua que es alimentada

al equipo de Osmosis Inversa para asegurar que está ingrese con una Turbidez menor a 1 y/o un SDI Menor a 3, libre de cloro y en condiciones adecuadas para que se evite el deterioro de las membranas De un buen pre-tratamiento dependerá que los equipos de Osmosis Inversa operen en condiciones óptimas y que la vida útil de la membrana se alargue, el pre-tratamiento de la Osmosis varia acorde a las condiciones del agua de origen ya sea rio, pozo, Mar y esté puede ser:

La ventaja económica y eficiencia de los equipos de Osmosis sobre equipos de intercambio Iónico permite usarlos en diversas aplicaciones.

APLICACIÓN DE OSMOSIS INVERSA

• Agua potable :

• Agua para sistemas municipales (Superficie, pozos).

• Agua para embotelladoras.

• Plantas desaladoras de Agua de Mar

• Alimentación a calderas:

• Directamente, en calderas de baja presión.

• A resinas de pulido a un segundo paso , para calderas de alta presión.

• Agua ultrapura:

• Agua para la industria farmacéutica.

• Agua para equipos de hemodiálisis.

• Agua para la fabricación de semi-conductores.

• Recuperación de aguas de desecho.

• Sistemas de descarga cero.

• Concentración de productos Alimenticios.

• Jugos, leche.

BibliografíaGas Fenosa

empresaeficiente.com

Delfín tecnologías

osmosisinversa.mx