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MEDICIÓN, CONTROL Y MANTENIMIENTO
¿Cómo optimizar el uso del vapor?
Por Equipo de Prensa de Revista ElectroIndustria
En muchos procesos industriales de nuestro país, el vapor sigue siendo un componente esencial, y dados sus altos costos de producción y la creciente preocupación que causa la eficiencia energética, muchas organizaciones están mirando de cerca sus instalaciones para lograr reducir los costos asociados a este elemento, especialmente a través de la medición y control de su uso.

Desde finales del siglo XIX, durante la Primera Revolución Industrial, el vapor es un elemento fundamental para diversos procesos productivos, y si bien su uso ha sido reemplazado en ciertas aplicaciones, todavía sigue siendo esencial para muchas de ellas: desde la calefacción de infraestructuras hasta la esterilización de instrumentos.

“En la actualidad, se opta generalmente por el vapor cuando los procesos exigen temperaturas del agua superiores a 100°C. Esta elección marca la diferencia a la hora de elegir calentar agua, pues el uso de vapor podría suponer mayores costos de operación, tecnología y mantención. La eficiencia en dichos procesos y tecnología utilizada es clave, pues se requiere de mucha energía para su transporte y hay gasto de material”, señala Mónica Gazmuri Del Curto, Gerente General de la Asociación Nacional de Empresas de Eficiencia Energética (Anesco).

Sin embargo, la producción de vapor puede resultar cara, y considerando el interés de las empresas por mejorar la eficiencia energética de sus operaciones, también ha aumentado la búsqueda de formas para hacer más eficiente la utilización de este elemento. Como sugiere Marta Saldías, Industry Manager Power & Energy/Chemical en Endress+Hauser, “es muy importante medir y controlar la producción de vapor, ya que este es uno de los factores críticos a considerar cuando se analizan los costos industriales. Ha adquirido relevancia porque se ha demostrado que invertir en una medición exacta, confiable y con monitoreo continuo, nos da las herramientas para poder tomar las decisiones correctas en torno al rendimiento de la planta”.

En la misma línea, Carolina Castillo, Clement Demons y Felipe Valenzuela, profesionales del equipo del Programa de Eficiencia Energética en Edificios Públicos de la Agencia de Eficiencia Energética (AChEE), explican que “la medición y control de la producción de vapor permiten aprovechar de manera óptima el consumo de combustible y así bajar los costos de operación. Las mediciones permiten detectar dónde se encuentran las ineficiencias en el uso del vapor, y así encontrar oportunidad de mejoras en la producción, distribución y consumo de este”.

De acuerdo a los profesionales de AChEE, este tema ha tomado relevancia durante los últimos años, dado que “la industria se está dando cuenta de que la producción de vapor ineficiente significa un sobrecosto energético importante. Además, durante los últimos años, se han desarrollado soluciones para aprovechar mejor la producción de vapor (recuperación de calor, optimización de combustión, optimización de los gases de escape, entre otros) y así permitir un mejor control”.


Aprovechando al máximo el vapor

Para muchos, los avances más recientes los han llevado a preguntarse si es posible lograr un sistema de vapor con “cero pérdidas”. Para Mónica Gazmuri, de Anesco, “el vapor, como energía térmica producida, es 100% aprovechable, si se considera que para el proceso de transformación existen eficiencias asociadas a los equipos y tecnologías para producirlo. Así también, desde el punto de vista del origen del vapor, el agua como insumo se aprovecha totalmente, si se considera que en su proceso existe solo transformación y no pérdidas, es decir, 100% del agua a evaporar, se evapora, si no consideramos los sedimentos e impurezas que contiene la misma”.

“Teóricamente, es factible pensar en aprovechar el 100% del vapor producido (en términos de masa y energía) en la planta, reducir a cero las pérdidas (en masa y calor) en la distribución y el retorno”, aclara Andrés Fuentes, del Departamento de Industrias de la USM. “Además, un sistema ideal (adiabático) no considera pérdidas -en este caso de energía- que usualmente aparecen tanto en la producción (rendimiento de la caldera/quemador), como en la distribución asociada normalmente a una aislación inadecuada, una recuperación y manejo deficiente del condensado y, finalmente, pérdidas tanto de masa como de energía, que pueden ocurrir en el consumo (intercambiadores de calor)”.

Desde la AChEE coinciden en que se puede aprovechar todo el vapor, siempre que exista la ingeniería y equipos adaptados al consumo de vapor que requiere la instalación. “Existen distintos tipos de tecnología para maximizar el uso del vapor producido; por lo tanto, se debe evaluar qué solución se puede adaptar al proceso requerido en función de distintos parámetros, como por ejemplo el espacio disponible, la temperatura de vapor requerido, la presencia de otros procesos que pueden requerir energía para aprovechar las pérdidas de la caldera vapor, entre otros”, sostienen. “Cabe se- ñalar que existen medidas sencillas para aprovechar todo el vapor, tales como detectar las fugas de la línea de distribución, utilizar todos los equipos consumidores de vapor a su punto de máxima eficiencia, y aislar las redes de distribución y las calderas para evitar pérdidas”.

Por su parte, Marta Saldías, de Endress+Hauser, recalca la importancia de medir el flujo de agua de alimentación de la caldera, ya que a través de este procedimiento se puede determinar pérdidas por purga y eficiencia de la misma. “La medición y detección de nivel correctas también es un punto fundamental en la seguridad de la operación, ya que garantiza que haya agua suficiente en el desaireador, además de prevenir desbordes de contenedores. La temperatura y presión también son mediciones importantes, ya que definen densidad y entalpía del vapor”, indica.

En tanto, Raymi Vásquez Moreno, Asesor del Área Mecánica de INACAP, explica que, aparte del caudal de vapor, también es importante conocer la calidad de este, también llamado (en termodinámica) “título de vapor”, que representa la cantidad de masa de agua sobre una masa total de vapor más agua, es decir, representa entre 0 y 1, la cantidad de saturación de la muestra. “Respecto al agua de alimentación, hay que destacar que un acondicionamiento apropiado es esencial para mantener una alta eficiencia de generación y prolongar la vida útil de una caldera. El proceso de tratamiento de agua de alimentación en el circuito de vapor nos da una excelente oportunidad de extraer información clave de medición y monitoreo desde el inicio de proceso de generación. Las variables a tener presente en esta etapa son: el flujo de agua, medición y detección de nivel, temperatura y parámetros analíticos, como niveles de oxígeno disuelto y sales minerales”, señala.


Tecnología y mantenimiento

Desde la AChEE, afirman que el mercado nacional ofrece actualmente una gama de equipos y soluciones enfocadas a la Eficiencia Energética para la producción de vapor, las que se pueden separar en tres segmentos:

Optimización de gases de escape con la instalación de economizadores para aprovecharlos. Esta medida puede ahorrar entre un 5 y un 10% del consumo de combustible.

Optimización en combustión con el precalentamiento del aire, lo cual permite aumentar aproximadamente un 1,8% el rendimiento. Existen equipos para optimizar la combustión a través de un quemador modulante que controle su velocidad, o control de oxígeno, entre otros.

Optimización de pérdidas de purga con la recuperación del calor de las purgas que se pueden generar en la operación del sistema de vapor.


Al respecto, la ejecutiva de Endress+Hauser declara que la tendencia apunta a una optimización de los recursos con la finalidad de mantener los costos de producción tan bajos como sea posible, y por ello es importante contar con soluciones energéticas inteligentes para monitorear la eficiencia de la caldera en sistemas de vapor. “Midiendo el caudal continuo durante la generación de vapor con tecnologías probadas y contrastadas, como los flujó- metros Vortex que ahora son capaces de detectar vapor húmedo o incluso medir la fracción de sequedad, es posible conseguir ganancias sustanciales en la eficiencia y la disponibilidad general. Otra innovación importante es la tecnología incluida en algunos equipos de medición (como la ‘Heartbeat’ de E+H), la que puede extender de forma considerable los intervalos de calibración para minimizar los tiempos de parada”, agrega.

Por su parte, Fuentes, desde la USM, explica que la tecnología actual permite implementar un sistema de control donde todos los parámetros asociados a la calidad del vapor (conocidos como EnPI o Energy Performance Indicators) son monitoreados en línea. “Estos indicadores pueden también estar relacionados con los sistemas de manejo de confiabilidad diseñados para la planta que, combinados, permiten alcanzar una alta eficiencia energética y un factor de planta elevado”, continúa. “Estos sistemas de control deberían estar dedicados a: la búsqueda de pérdidas (en masa y calor) y reparación oportuna, implementar sistemas de control automático de trampas de vapor, seguimiento y recuperación adecuada del sistema de retorno de condensado, vigilar y evaluar las condiciones de aislamiento térmico tanto en la distribución de vapor como en el retorno de condensado”.

Además, el profesional añade que estos nuevos sistemas (en pleno desarrollo incluso en Chile) deberían permitir un seguimiento y optimización del sistema de conversión de energía (caldera/quemador) convencional (combustión) que permitan lograr la máxima eficiencia en la primera etapa asociada a la producción del vapor. “Todo lo anterior no se logra si los recursos humanos relacionados con estos sistemas y subsistemas no están debidamente formados, por lo que la formación de capital humano es fundamental para lograr eficiencia energética y reducción de emisiones”.

A juicio de Raymi Vásquez, de INACAP, las instalaciones de vapor, al trabajar en condiciones químicas y térmicas muy severas, deben disponer de un eficaz programa de mantenimiento para garantizar la integridad de sus componentes. “Una de las variables más importantes a controlar son los sólidos disueltos, por lo que los sistemas para controlarlos deben ser muy eficientes. Si no hay control, la concentración de sólidos llegaría a un nivel inaceptable y alteraría el comportamiento físico de las burbujas al interior de la caldera, generando espuma. Esto podría provocar una reducción del espacio efectivo de vapor, generando un problema en el arrastre”, aclara.

“Por otra parte, un problema muy común en los generadores de vapor, y por ende, muy importante de considerar en un plan de mantenimiento, es la degradación de los tubos. Esta se presenta de distintas formas como: corrosión, ataque intergranular, picadura, desgaste por rozamiento, estrangulamiento, pérdida de espesor, fatiga de alto ciclo, desperdicios, entre otros. El grado de degradación de los tubos depende del material de los mismos, de la química y del diseño del generador”, finaliza.

Abril 2018
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