Proceso de generación de Vapor (página 2)

Partes: 1, 2

El agua
calentada o vapor se levanta de la superficie del agua se
vaporiza y es colectada en una o varias cámaras o
tambores. El tamaño del tambor determina la capacidad de
producción de vapor. En la parte superior
del tambor de vapor se encuentra la salida o el llamado "Cabezal
de vapor", desde donde el vapor es conducido por tuberías
a los puntos de uso.

En la parte superior del hogar mecánico se
encuentra una chimenea de metal o de ladrillo, la cual conduce
hacia fuera los productos de
la combustión como gases. En el
fondo de la caldera, normalmente opuesto del hogar
mecánico, se encuentra una válvula de salida
llamada "purga de fondo". Por esta válvula salen del
sistema la
mayoría del polvo, lodos y otras sustancias no deseadas,
que son purgadas de la caldera.

En conjunto a la caldera existen múltiples
controles de seguridad, para
aliviar la presión si
esta se incrementa mucho, para apagar la flama si el nivel del
agua es demasiado bajo o para automatizar el control de nivel
del agua. Un tubo de vidrio con una
columna de agua generalmente se incluye, para mostrarle al
operador el nivel interno del agua en la caldera.

El agua de alimentación de las
calderas debe
ser bien tratada de lo contrario pudiera causar los siguientes
problemas:

Formación de costra
Corrosión
Formación de burbujas de aire
Adherencia del vapor al cilindro.

Por los daños que causa utilizar agua no tratada
es que existe una unidad de tratamiento de las impurezas del agua
la cual opera de la siguiente manera:

Como ya se menciono el objetivo
fundamental de esta unidad es reducir la dureza del agua de
río hasta cero por los daños que estos generan, con
el objeto de utilizarla como agua de alimentación de las
calderas. El agua normalmente contiene una cierta cantidad de
sales, entre las más importantes para la
utilización en la generación del vapor se tienen:
carbonato de calcio y carbonato de magnesio. Estas sales de no
eliminarse antes de ser usada en las calderas pueden producir
incrustaciones en los tubos. Las incrustaciones es la
formación de depósitos sólidos y duros sobre
la superficie interna de los tubos. Para evitar esta
formación en la planta de tratamiento de agua se tiene el
proceso de
suavización en caliente que consiste en la
formación de flóculos producto de la
reacción de la cal con las sales y lodos que contiene el
agua. Este proceso es llamado Termocirculador.

Luego del proceso termocirculador, se filtra el agua en
filtros de carbón y finalmente se efectúa el
intercambio iónico en los suavizadores de zeolita, en
donde se disminuye el contenido de carbonato de calcio hasta
valores de
cero, después de esto el agua se almacena para alimentar
las calderas según la demanda de
vapor.

Las calderas son los equipos encargados de generar el
vapor necesario para la operación de la refinería y
el calentamiento de los tanques de almacenamiento.
El agua tratada se envía a un desaereador en donde se
disminuye el contenido de oxigeno
disuelto hasta valores muy bajos, luego se envía
directamente a las calderas para la producción de vapor.
En relación a tratamientos de agua para calderas, se ha
estudiado ampliamente en el desarrollo de
compuestos inorgánicos tales como: fosfatos, sulfitos,
aminas, etc., sin embargo todos estos compuestos se comportan
exclusivamente como preventivos, esto significa que cuando una
caldera ya se encuentra incrustada, estos productos
evitarán que dicha incrustación continúe
creciendo, pero la incrustación formada no sufrirá
disminución alguna (al contrario, tiende a aumentar cuando
existen errores en la dosificación) por tanto la
desincrustación se deberá realizar manualmente o
por medio de recirculación de ácidos,
teniendo estricto control de niveles de pH, durezas,
alcalinidad y otros parámetros recomendados por el
suplidor de productos químicos para el tratamiento interno
del agua; en ambas opciones se tendrá que parar el
funcionamiento del equipo.

Existen también otros procedimientos
para el tratamiento del agua entre los cuales destacan los
siguientes:

Destilación: es un proceso de
purificación de agua de eficacia
comprobada durante mucho tiempo en
que el agua es tratada hasta que se evapora y el vapor se
condensa y recoge. El equipo necesario no es muy caro, pero
consume mucha energía. Además las impurezas
volátiles tales como el dióxido de carbono,
sílice, amoniaco, y varios compuestos
orgánicos pasaran el destilado.
Intercambio iónico: el intercambio
iónico se utiliza en gran medida en los laboratorios
para proporcionar agua purificada bajo demanda. Los
desionizadores de laboratorio
incorporan cartuchos de lecho mixto de resina de intercambio
iónico que, o bien pasan a una estación de
regeneración para su recarga cuando se agotan o bien se
desecha.
Osmosis inversa: el objetivo de la osmosis
inversa es obtener agua purificada partiendo de un caudal de
agua que esta relativamente impura o salada. Esto se logra
separar de este caudal de agua contaminada con sales, un caudal
menor de agua pura. En este proceso se aplica presión
que tiene mas alta concentración de sales para forzar un
caudal menor de agua pura.

Presiones en la caldera: La temperatura y
la presión en la operación de cada caldera
definitivamente están relacionadas, como se muestra en la
siguiente tabla:

A presión atmosférica normal el agua tiene
un punto de ebullición a 100ºC, a mayor
presión el punto de ebullición se incrementa, hasta
alcanzar un máximo punto de ebullición a 374oC a
una presión de 3200 libras por pulgada2 (220.63 bar). Por
encima de esta temperatura el agua no existe como
liquido.

Capacidades de
Caldera: Las calderas son catalogadas en base a
la cantidad de vapor que ellas pueden producir en un cierto
periodo de tiempo a una cierta temperatura. Las calderas mas
grandes producen 1´000,000 de libras por hora
o son catalogadas en base a 1 "caballo de fuerza"
o "caballo vapor caldera" por cada 34.5 libras de
agua que pueden ser evaporadas por hora. Otra
definición es 1 "caballo de fuerza" por cada 10
pies2 de superficie de calentamiento en
una caldera de tubos de agua o 12 pies2 de superficie
de calentamiento en una caldera de tubos de
humo.

Diagrama de un proceso generalizado de
una planta de vapor

Determinación de la Calidad del
Vapor

La calidad del vapor es un valor
difícil de determinar con exactitud. En la actualidad
existen varios métodos
para medir la calidad del vapor, sin embargo, no existe ninguno
que pueda considerarse simple y sencillo. Entre los más
utilizados se pueden mencionar los siguientes:

Método del Separador:

Puede considerarse como el más simple y se
basa en la definición de calidad. Se puede utilizar un
recipiente cilíndrico, horizontal o vertical, aislado con
el fin de separar la fase vapor de la líquida, tal como un
separador de petróleo y gas. Las medidas
de las tasas de flujo por peso de las dos fases cuando
estás dejan el separador, dan una indicación
directa de la calidad.

Cualquier método
para medir el flujo de las dos fases puede resultar aceptable.
Algunas instalaciones utilizan medidores de orificio en ambas
líneas, sin embargo, un medidor de desplazamiento positivo
o un medidor de turbina en el lado del líquido puede
resultar satisfactorio si se realizan las correcciones por
temperatura.

Para calcular la calidad, la tasa de flujo en peso de
vapor se divide entre las tasas de flujo en peso de las
corrientes de agua y vapor. Si la unidad generadora de vapor
opera bajo condiciones de flujo continuo, como generalmente lo
hace la calidad, puede hallarse dividiendo la tasa de vapor en el
separador por la tasa de agua entrante. Algunos generadores
comerciales poseen separadores a fin de determinar la
calidad.

Método de los Cloruros:

Se ha mencionado que una de las razones por las
cuales se usa vapor húmedo en recuperación
térmica, es con el fin de prevenir la formación de
escamas en las calderas debido a la deposición de
sólidos disueltos. Estos sólidos presentes en el
agua de alimentación se concentran en la porción
líquida de la descarga del generador y sirven para proveer
una medida del porcentaje de la alimentación aún en
fase líquida.

El ión cloruro Cl- constituye un
instrumento conveniente para este chequeo. Por medio de
titulación química, la
concentración del ión cloruro en la parte
líquida del vapor se compara con la concentración
del mismo ión en el agua de alimentación. Luego la
calidad viene dada por:

Método de la
Conductividad:

La conductividad del agua depende de la
concentración de sales disueltas en ella. Notando el
incremento de la conductividad entre el agua de
alimentación y la parte líquida del vapor a la
descarga de la caldera, se puede determinar la calidad, mediante
la ecuación:

Donde σ es la conductividad.

Este método es similar al método de
determinación de los cloruros, excepto que se toman en
cuenta todas las sales disueltas en lugar de cloruros solamente.
Sin embargo, el método de la conductividad no es correcto
si el Bicarbonato de Sodio NaHCO3 esta presente en el
agua de alimentación. El bicarbonato de sodio se
descompone en NaCO3 o NaOH, los cuales tienen
oferentes conductividades, este error se corrige neutralizando la
solución.

Dado que la comparación básica en este
método radica en que las sales disueltas son concentradas
en la fase líquida en proporción directa al
volumen de
agua vaporizado. El método es útil para el control
y monitoreo continuo de la calidad.

Método del Medidor de
Orificio:

La calidad del vapor puede ser determinada por
medio de un medidor de orificio si la tasa de flujo de vapor es
conocida. Normalmente las unidades generadoras de vapor son
diseñadas para operar bajo condiciones de flujo continuo y
la tasa de agua entrante puede determinarse por simple medición. La calidad del vapor viene dada
por la siguiente ecuación: