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Recuperacion de revaporizado

Revaporizado (Vapor Flash). Cuantificación y Recuperación

INTRODUCCIÓN

El vapor flash es un vapor que no tiene ninguna característica especial, tan solo que se produce a baja presión a partir de condensado caliente y puede ser aprovechado, con una instalación adecuada, para distintas aplicaciones, lo que puede suponer un importante ahorro energético.

Vapor flash, su importancia y cuantificación

Cuando tenemos condensado a alta temperatura, presurizado, y se libera a una presión más baja, parte de esos líquidos se vuelven a evaporar, y esto es lo que llamamos Vapor flash o revaporizado

El vapor flash es importante porque guarda unidades de calor o energía que pueden ser aprovechadas parar un mejor rendimiento energético de la planta. De no ser así esta energía es desperdiciada.

Cuando el agua se calienta a la presión atmosférica, su temperatura se eleva hasta que llega a 100º C, la temperatura mas alta a la que el agua puede existir como líquido a esta presión. Cualquier aportación de calor adicional no la temperatura, si no que transformará el agua en vapor.

El calor que es absorbido por el agua cuando eleva su temperatura hasta el punto de ebullición se llama “Calor Sensible”. El calor que se necesita para transformar el agua en ebullición a vapor a la misma temperatura se llama “Calor latente”. La unidad de calor que se usa comúnmente es la caloría (cal), la cual representa la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un gramo de agua, a presión atmosférica, en un grado centígrado (ºC).

Sin embargo, si el agua se calienta a presión, su punto de ebullición es mas alto que 100ºC y consecuentemente el Calor Sensible requerido es mayor. Mientras más alta sea la presión, más alto será el punto de ebullición y mayor el calor requerido. Cuando la presión se reduce, una cierta cantidad de calor es liberado. Este calor es entonces absorbido en la forma de Calor Latente, lo cual causa que una cantidad del agua se convierta en Vapor Flash.

El condensado a la temperatura de vapor y a una presión absoluta de 10 bar contiene una cantidad de calor igual a 762,82 Kj/Kg. o 182,1 Kcal./Kg. Si este condensado se descarga a presión atmosférica, su contenido calorífico instantáneamente se reduce a 417,46 Kj/Kg. o 99,7 Kcal./Kg. La diferencia de 345,35 Kj/Kg. o 82,4 Kcal./Kg. transforma parte del condensado en Vapor Flash. El porcentaje de condensado que se convertirá en Vapor Flash se puede calcular usando la siguiente fórmula:

                          

               % Vapor Flash = CSA – CSB   x 100 

                                                                    CLB

Siendo:

CSA: Calor sensible del condensado a alta presión, antes de ser descargado

CSB: Calor sensible del condensado a baja presión, a la cual se descarga.

CLB: Calor latente del vapor a baja presión, a la cual se descargó

                              % Vapor flash = 762 – 417   x 100 = 15,29 %

                                                           2.258

Este ejemplo está realizado teniendo en cuenta que el purgador es de tipo boya cerrada que descarga el condensado a temperatura de vapor, en el caso de que fuese del tipo termostático descargaría unos 10 - 15ºC por debajo de la temperatura de vapor, siendo entonces el calor sensible del condensado (CSA) menor y por lo tanto menor la cantidad de revaporizado obtenido.

Presión de revaporizado

Evidentemente no es necesario recuperar el revaporizado a la presión atmosférica, se puede recuperar a cualquier presión, pero hay que tener en cuenta que a mayor presión de recuperación, mayor será el calor latente del vapor (CLB) y menor la cantidad de revaporizado.

Una vez hallada la cantidad de revaporizado producido hay que considerar que habrá unas pérdidas por pérdidas térmicas de la instalación de recuperación.

Masa Bar

No es aconsejable instalar una planta central de recuperación, siendo mas eficaz hacer recuperaciones parciales, ya que la revaporización del condensado tiene lugar inmediatamente en la descarga del purgador. Desde el punto de vista del rendimiento del sistema lo mas adecuado es hacer la recuperación del revaporizado lo mas cerca posible de la aplicación para evitar pérdidas térmicas, pérdidas de presión, etc.

Eliminación de condensado en un sistema de revaporización

Ya que el revaporizado se forma inmediatamente detrás del purgador, al cambiar a una presión inferior (la de la línea de retorno de condensado), el sistema de recuperación debe ser capaz de transportar la mezcla de condensado y revaporizado. Muchas instalaciones de retorno de condensado sufren problemas de contrapresión debido a un dimensionado inadecuado.

Una vez dicho esto, el problema que se nos plantea es separar el revaporizado del condensado.

Esto lo realizamos mediante un tanque de revaporizado que es un depósito vertical lo suficientemente grande de manera que la velocidad del vapor flash hacia la salida en la parte superior no sea muy elevada, minimizándose así la cantidad de condensado que se puede ser arrastrado con el vapor flash. Si se puede mantener una velocidad baja entonces la altura del tanque no es importante, pero es buena práctica especificar una altura par el tanque de 0.7 a 1.0 m y la entrada del condensador se debe situar al menos unos 200 mm por encima de la salida de condensado. También es importante dimensionar la conexión de salida del vapor flash de forma que no supere una velocidad de 20 m/s.

Con velocidad del vapor dentro del tanque flash de unos 3 m/s se consigue una buena separación del vapor flash y el condensado. En base a esta velocidad se ha de calcular el diámetro mínimo del tanque flash para garantizar un funcionamiento eficaz.

En realidad no se puede dimensionar un tanque de revaporizado teniendo en cuenta únicamente la velocidad de salida del vapor, ya que en caso de una recuperación a presión relativamente alta, esto es, teniendo una caída de presión pequeña, la cantidad de revaporizado sería mínima y por lo tanto unas dimensiones del tanque reducidas, aunque la carga de condensado sea grande. Por ello la cantidad de condensado a purgar también debe ser tenida en cuenta a la hora de dimensionar el tanque de revaporizado.

Sala de revaporizado

Purga de un tanque de revaporizado

La carga de condensado que se ha de evacuar del tanque de revaporizado se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Q = C – C x P

             100

Donde:

Q : Carga de condensado que el purgador debe descargar

C: Flujo de condensado al tanque de revaporizado

P: Porcentaje de revaporizado

Debido a la importante necesidad de conservar energía y de operar con contrapresión, el tipo de purgador mas adecuado para situaciones donde se tiene un sistema de recuperación de revaporizado es el de boya cerrada. Esto se debe a que descargan condensado modulantemente, ajustándose a las distintas cargas de condensado, así como su excelente comportamiento como eliminador de aire tanto a temperatura de vapor como en frío, dato muy importante sobre todo en puestas en marchas, momento en el que otros purgadores (como el termodinámico o el de cubeta invertida) pueden ver comprometida su capacidad de eliminación de condensado por la presencia de aire.

Debido al incremento en las cantidades de condensado en los arranques, a las variaciones de las cargas de condensado durante su operación normal, así como a las bajas presiones diferenciales que se pueden dar, se recomienda un factor de seguridad de 2,5 – 3 para el dimensionamiento de los purgadores para la aplicación que nos ocupa.

Control de la presión del revaporizado

La necesidad de controlar la presión del revaporizado está en función del uso que hagamos del mismo; está claro que habrá aplicaciones en las que dicho control no sea necesario.

Pongamos por caso que tenemos unas baterías calecfactoras que trabajan con vapor a 11 bar r; la descarga del condensado a presión atmosférica producirá un revaporizado que será el 14% (ver gráficas) del consumo de las baterías calefactoras, si lo descargamos a la línea de retorno de condensado condensará por efecto de las pérdidas por radiación o escapará a la atmósfera en el depósito de alimentación a caldera.

Si separamos este revaporizado en un tanque podremos utilizarlo en una batería de precalentamiento de una forma económica. En este caso no es necesario controlar la presión, ya que lo que nos interesa es condensar todo el revaporizado en la batería de calentamiento. Evidentemente, debido a la condensación del revaporizado en la prebateria, hay que instalar un rompedor de vacío en la entrada al equipo.

En otras ocasiones podemos necesitar un revaporizado para trabajar a una presión baja, pero prefijada. En esta situación se impone mantener constante la presión del revaporizado mediante la aportación de vapor procedente de la red de alta, a través de una válvula reductora de presión dimensionada para tal propósito. Supongamos que, por cualquier circunstancia, la cantidad de revaporizado no fuese suficiente, lo que provocaría una caída de presión en la línea de baja, entonces es cuando actuaría la válvula reductora abriendo y aportando la cantidad necesaria de vapor par mantener la presión en su valor requerido.

Se ha de prever, a la hora de dimensionar la válvula reductora, que se dé la circunstancia de que el equipo alimentado con revaporizado pudiera trabajar sin que el o los equipos que proporcionan el condensado de alta presión estuviesen trabajando; en este caso se impone dimensionar la válvula reductora para que sea capaz de suministrar la totalidad del consumo del equipo de baja presión.

 

Si se diera el caso de que el consumo en el equipo de baja presión fuese menor que la cantidad de revaporizado formado, deberemos instalar una válvula de seguridad en el tanque de revaporizado de forma que evacue el sobrante el exceso de vapor; de otra forma se nos presurizaría la línea de descarga de condensado de los equipos de alta con los consiguientes problemas de disminución de la capacidad de purga de los purgadores de dichos equipos.

En un sistema de recuperación de revaporizado se nos crea una contrapresión en todo el sistema de retorno de condensados conectado al tanque de revaporizado, equivalente a la presión de recuperación.

Por este motivo no es recomendable usar un sistema presurizado de recuperación cuando tengamos un control de temperatura en el equipo de alta presión. La modulación de la válvula de control puede llegar a provocar importantes caídas de presión que comprometen el funcionamiento de los purgadores; debemos asegurarnos de que la contrapresión en el sistema no disminuye excesivamente la capacidad de los purgadores.

Una buena solución es usar el revaporizado y el condensado del proceso en el propio proceso, donde el suministro y la demanda oscilan a la par. También, como hemos comentado anteriormente, es importante seleccionar una aplicación lo mas cercana posible al proceso donde se produce el revaporizado. Las tuberías en el sistema de baja presión son inevitablemente muy grandes, por lo que se encarecerá instalación, además las pérdidas de calor en dichas tuberías reducen los beneficios obtenidos en la recuperación de vapor.

Retorno del condensado

En todas las instalaciones con recuperación de revaporizado el condensado es finalmente descargado por los purgadores a muy baja presión, por lo que el sistema de retorno ha de ser por gravedad.

Si queremos elevar el condensado para retornarlo a la sala de calderas ha de hacerse mediante una bomba de impulsión de condensados.

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