RECUPERACIÓN DEL CALOR DE CONDENSACIÓN Y CÁLCULO DE CONDENSADORES. El vapor es un medio más común y más eficiente para el transporte de calor en la mayoría de procesos y plantas. 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 q ue 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 de las aplicaciones se procura retornar entre el 75 y 80% del condensado.
Recuperar el condensado ofrece varias ventajas. Se ahorr a energía y se reducen los costes de combustible, se reducen los costes de agua y de 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.
Hay muchas formas para reducir el consumo de agua y energía en las que las empresas que utilizan el vapor, que van desde el uso de la última tecnología de control de calderas para asegurar que los sistemas de tuberías están completamente aisladas térmicamente. 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 del condensado.
El retorno de condensado formado por vapor condensado, hay que drenar el condensado líquido de las tuberías y equipos para evitar el riesgo de golpes de ariete.
Los golpes de ariete son un peligro en líneas de distribución de vapor mal drenadas, cuando el condensado se acumula y forma una bolsa sólida de agua. Esta agua no se puede comprimir, a diferencia del vapor, y puede causar daños cuando es arrastrada por el vap or a alta velocidad.
El condensado también contiene alrededor de una cuar ta 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. Aprovechándolo podemos recucir:
Reducción de los costes de combustible: combustible: Normalmente, el condensado contiene alrededor de 25% de la energía utilizable del vapor del que procede.
Ahorro de energía: El condensado es agua destilada con un poco de sólidos totales disueltos (TDS). Si se retorna más condensado al tanque de alimentación, se reduce la necesidad de purga de la caldera, que se hace para reducir la concentración de sólidos disueltos en la caldera. Por lo tanto, de esta manera, se reduce la pérdida de energía de la caldera durante el proceso de purga.
Reducción en los costes de agua: El condensado que no se retorna y no se vuelve a utilizar debe ser sustituido por agua de la red. Esta recarga producirá un gasto adicional de agua.
Reducción de los costes de tratamientos químicos: Reutilizar el máximo de condensado posible, reduce la necesidad de añadir productos químicos costosos para el tratamiento del agua.
Reducción en los costes de vertidos: El deshacerse del condensado supone enviar a la red de saneamiento agua a temperatura por encima de 40ºC lo que genera un impacto medioambiental que los países pueden grabar con tasas de penalización. Por tanto el no ser penalizado con este tipo de tasas medioambientales supone un ahorro.
Eliminación de las plumas de vapor: Los sistemas de vapor que permiten que se revaporice el condensado en vapor pueden crear plumas de vapor que, además de ser un desperdicio de energía y agua, son visibles.
Hay aplicaciones en las que el condensado no se retorna a la sala de calderas por razones operativas - ya sea porque el vapor se inyecta en el producto final, por ejemplo en las fábricas de piensos de 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 sistemas se podría recuperar el condensado mediante la instalación de sistemas de detección de contaminación o sistemas de intercam bio de calor para evitar la contaminación de la caldera.
Calculo de condensadores.
Se va a analizar el cálculo con un ejemple suponiendo una caldera: Capacidad instalada de generación de vapor: 1715,11 Kw Presión de operación de la caldera: 15,17 Bar Eficiencia de la caldera: 80% Porcentaje estimado retorno de condensado: 80% Cantidad de agua de reposición (Make-up) : 20% Temperatura del agua de reposición: 21ºC
La planta industrial requiere un flujo estimado de vapor de m v=17605,04 Kg/hr para satisfacer la demanda que exige los diferentes procesos. La caldera tendrá una pérdida de energía por las aguas condensadas y otra por los vapores flash.
Como el porcentaje estimado de retorno de condensado es del 80% podemos obtener que la cantidad de retorno de condensado es de m c=14084,03 Kg/hr.
El recolector de condensado actual ventea a la atmósfera vapor flash, lo que significa pérdidas para el sistema. Para poder calcular el porcentaje de pérdida de vapor flash en el sistema podemos utilizar la ecuación 1 [6]:
Siendo: Calor sensible de los condensados a AP el producto de la masa por la entalpia de condensados a AP. hh2oAP= 205,77 Kcal/Kg. Calor sensible a BP el producto de la masa por la entalpia del agua saturada a presión atmosférica.
hh2oBP= 100 Kcal/Kg.
Calor latente a BP el produ cto de la masa por la entalpia de vaporización a presión atmosférica (calor latente de vaporización).
hVBP= 539,41 Kcal/Kg.
%Vapor flash = (205,77-100)/539,41 *100= 19,6%
Sabiendo que la cantidad de flujo de vapor flash es un porcentaje del total de condensación:
Mflash = 14084,03 *.196 = 2761,66 Kg/h
Una vez obtenida la cantidad de condensado perdido como vapor flash podemos calcular el
calor perdido en el sistema sabiendo que es igual a la masa por la entalpia de vapor saturado a presión atmosférica
hvs= hh20BP + hVBP= 100 + 539,41 =639,41 Kcal/Kg.
Qvflash = mflash*hvs = 2761,66 * 639,41 = 1765833 Kcal/h
Análisis energético utilizando los deareadores Para realizar el análisis energético del sistema actual de recuperación de condensado utilizando los deareadores debemos de calcular en primera instancia la cantidad de vapor requerido para la deareacion (Vaporización) del agua de reposición (make-up), realizando un balance de energía entre el tanque dearea dor y la caldera [2] como el equ ilibrio existente entre la cantidad de vapor necesario (calor latente de vaporización) y la diferencia de calores entre el agua saturada y el agua de suministro de red t=21º:
m A*hv= mv*(hh2oS-hh2o21º) *%Ar Donde:
hv(a una presión absoluta de 1,6bar)= 529,4 Kcal/kg mv*=17605,04 Kg/h hh2oS (a una presión absoluta de 1,6bar)= 115 Kcal/kg hh2o21º =21 Kcal/Kg %Ar= porcentaje de agua de reposición se estima en un 20%
m A= 17605,04/529,4 * (115-21)*0,2 = 3125,9*0,2= 625,2 Kg/h Ahora debemos calcular el calor total que deben suministrar las calderas con tanque venteado:
El calor útil es igual a:
Procedo a calcular el Q útil sabiendo que: Q A : Es igual al calor generado por la caldera y retorna al tanque venteado:
Q A= mc * (h vs(15bar) - hh2oBP) - m flash * (h
mc = 14084,03 Kg/h mflash = 2761,66 Kg/h h vs(15bar) -= 667,42 Kcal/Kg
hh2oBP)
vs(15bar)-
hh2oBP= 100 Kcal/Kg. Q A= 6424539,185 Kcal/h.
QB: Es igual al calor que ingresa al tanque venteado como reposición (Make-up):
QB=
mflash * (h vs(15bar)- hh2o21º)
Siendo:
hh2o21º =21 Kcal/Kg QB=
2761,66 * (667,42- 21) = 1785192,25 Kcal/h
QC : Es igual al calor generado por la caldera que va al tanque deareador:
QC := mv * (h
vs(15bar) -
hh2o21º) = 17605,04 * (667,42- 115)*%Ar = 9725376,2*0,2 = 1945075,2
Kcal/h
hh2oS (a una presión absoluta de 1,6bar)= 115 Kcal/kg QD: Es igual al calor requerido para la deareacion del agua de reposición:
QD=
m A * (h vs(15bar) - hh2o21º) = 625,2 * (667,42- 21) = 404141,78 Kcal/h
m A= 625,2 Kg/h QD=
625,2 * (667,42- 21) = 404141,78 Kcal/h
Qu= 6424539,185+1785192,25+1945075,2+404141,78 = 10558948,42 Kcal/h
Ahora procedemos a calcular el calor total generado por las calderas utilizando la ecuación 5, asumiendo que la eficiencia de las calderas es del 80%.
Qt = Qu/r = 10558948,42 /0,8 = 13198685,53 Kcal/h *1kw/860Kcal/h= 15347,3 Kw
