Los intercambiadores de calor son elementos vitales en numerosos sistemas industriales, sin embargo, un problema recurrente pero intrigante que puede surgir en su funcionamiento es el anegamiento. Este fenómeno, puede diagnosticarse en campo y se refiere a la inundación del intercambiador de calor debido a la incapacidad de drenar el condensado.
La curva de saturación del agua
La curva de saturación del agua
Esta curva no solo representa la transición del agua al vapor a medida que se calienta, también proporciona una comprensión profunda de cómo la temperatura y la presión están intrínsecamente ligadas en el mundo del vapor.
Dentro de esta curva, se desarrolla un proceso crucial: la transformación gradual del agua en vapor, desde el punto en que se encuentra como líquido puro (punto B) hasta convertirse completamente en vapor (punto C). Este proceso de evaporación y condensación es esencial para el funcionamiento de los intercambiadores de calor, donde el control preciso de la temperatura y la presión es fundamental.
Es esencial comprender que tanto la temperatura como la presión son propiedades interrelacionadas y dependientes del vapor. Esto significa que, si conocemos la temperatura de saturación del agua dentro de la curva, podemos determinar la presión correspondiente, permitiendo predecir y controlar el comportamiento del vapor en el sistema.
Funcionamiento y componentes de los intercambiadores
Funcionamiento y componentes de los intercambiadores
Los intercambiadores de calor desempeñan un papel crucial en numerosos procesos industriales al facilitar el intercambio de calor entre dos fluidos, siendo uno más caliente que el otro.
En un esquema típico, como el que se muestra a continuación, es cuando el vapor entra por el lado izquierdo del intercambiador, donde se encuentra el intercambiador de placas, el cual constituye el corazón de este sistema. A través de este intercambiador, el vapor cede su calor al fluido secundario más frío que se pretende calentar.
Varios componentes clave, como la válvula de corte, el aislamiento y el filtro, contribuyen al funcionamiento eficiente del intercambiador de calor. Además de la válvula de control, el cual es uno de los elementos de mayor importancia, ya que regula la temperatura del fluido secundario. Esta válvula se ajusta según las necesidades de energía y temperatura, asegurando un intercambio de calor óptimo.
Al reducir la temperatura de entrada del vapor, también disminuiremos su presión, pues el vapor se condensa a una temperatura constante, lo que implica que la temperatura sea similar a la temperatura de condensación. Esta uniformidad en la temperatura nos ayuda a garantizar un funcionamiento eficiente de todo el sistema de intercambio de calor.
El problema del Anegamiento
El problema del Anegamiento
El anegamiento es una condición que ocurre cuando el intercambiador no puede drenar adecuadamente el condensado, lo que resulta en la acumulación de líquido y la obstrucción del intercambio de calor. Este problema ocurre cuando la presión de entrada a la trampa de vapor es menor que la presión de salida; cabe destacar que una trampa de vapor funciona mediante un diferenciador de presiones y al no abrir debido a este problema causa un bloqueo del condensado.
Es especialmente común en sistemas de intercambiadores de calor en donde existe una modulación de la temperatura, es decir, se ajusta continuamente para satisfacer las necesidades del proceso.
Un caso típico que puede desencadenar el anegamiento es cuando las necesidades del proceso cambian, es decir, si inicialmente se requiere calentar un litro por segundo de agua de 20 a 60 grados, pero luego estas necesidades disminuyen a solo 500 mililitros, se reducirá la energía necesaria y, por ende, se cerrará la válvula de control.
Esto a su vez puede disminuir la temperatura y la presión del vapor a tal punto que la presión de entrada sea menor que la presión de salida, provocando el anegamiento del intercambiador de calor.
En estos puntos, el condensado puede obstruir el sistema, impidiendo su drenaje adecuado y comprometiendo el intercambio de calor, por ello debemos monitorear y ajustar cuidadosamente las condiciones de operación para prevenir el anegamiento y garantizar un rendimiento óptimo.
Desafíos del Anegamiento en intercambiadores de calor: causas, impactos y soluciones
Desafíos del Anegamiento en intercambiadores de calor: causas, impactos y soluciones
Para la resolución del siguiente caso práctico de anegamiento de calor, el equipo de KINENERGY trabajó en una planta industrial de procesamiento químico en América del Norte, donde el principal problema era un mal funcionamiento en la trampa de vapor por lo que el condensado se acumulaba y estancaba en el intercambiador, comprometiendo su eficiencia.
Para resolver este problema, se llevó a cabo un análisis detallado del sistema. Se midieron las temperaturas y las presiones a diferentes puntos del sistema para identificar el problema, aquí se encontró que las temperaturas a la salida de la válvula de control y a la entrada de la trampa de vapor eran significativamente diferentes, lo que sugería que el vapor no se estaba condensando adecuadamente en el intercambiador.
Medición de la temperatura y presión a diferentes puntos del sistema para la identificación del problema.
Para corroborar el anegamiento, se realizó un experimento de drenaje de condensado, donde se esperaba ver agua pura salir del sistema durante aproximadamente 30 segundos y que posteriormente comenzará a notarse la salida de vapor, sin embargo, esto no ocurrió y lo que se pudo observar fue que solamente salía una gran cantidad de agua durante un período prolongado, esto nos indicó la presencia de condensado estancado en el intercambiador.
La solución propuesta fue reemplazar la trampa de vapor existente por una trampa tipo bomba (si quieres conocer más de cómo seleccionar de manera adecuada una trampa de vapor da clic aquí), la cual puede desalojar el condensado incluso cuando la presión a la entrada es menor que la presión de salida. Este tipo de trampa garantiza un drenaje efectivo del condensado y evita el anegamiento del sistema.
Una vez implementada la solución, se observaron mejoras significativas en el rendimiento del proceso. El intercambiador de calor comenzó a operar de manera más eficiente, con menos ciclos y en menos tiempo, lo que resultó en un menor consumo de energía y una mayor satisfacción de las necesidades del proceso.
Al identificar y resolver el problema del anegamiento en el sistema de intercambiadores de calor, se logró mejorar la eficiencia operativa y reducir el consumo de energía, lo que condujo a beneficios significativos para el proceso industrial.
En resumen, el anegamiento en los intercambiadores de calor representa un obstáculo considerable para la eficiencia y la productividad en los procesos industriales. No obstante, con el enfoque adecuado y las soluciones precisas, este desafío puede ser abordado con éxito.
En KINENERGY, estamos comprometidos a proporcionar diagnósticos precisos y soluciones efectivas para ayudar a nuestros clientes a enfrentar estos desafíos y optimizar sus operaciones.
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Horacio Amador
Ingeniero en Energía Jr.
Horacio cuenta con más de dos años de experiencia en el sector de consultoría energética, se ha desempeñado en áreas de ventas e ingeniería. Asimismo, ha colaborado en la ejecución de diagnósticos energéticos y en la evaluación de proyectos de eficiencia energética en los sectores industrial y comercial
Horacio cuenta con más de dos años de experiencia en el sector de consultoría energética, se ha desempeñado en áreas de ventas e ingeniería. Asimismo, ha colaborado en la ejecución de diagnósticos energéticos y en la evaluación de proyectos de eficiencia energética en los sectores industrial y comercial
