Debido a sus múltiples ventajas, el vapor es el medio de calentamiento más utilizado en la industria: es limpio, seguro, no tóxico y, sobre todo, rápido en comparación con otras alternativas.
Pero en el trayecto del vapor a través de las tuberías que van desde la caldera en la que se genera el vapor hasta el equipo de calentamiento en el que se utiliza el vapor (en general algún tipo de intercambiador de calor), es inevitable que el vapor ceda parte de su energía al aire exterior a través de las paredes de la tubería que lo transporta.
Debido a esa pérdida de calor, una parte del vapor condensa y ese condensado debe ser eliminado para evitar golpes de ariete, corrosión y otros problemas: por eso deben instalarse purgadores de vapor en las tuberías de vapor.
Pero no todo el condensado generado “cae” al fondo de la tubería y es eliminado mediante los purgadores: una parte del mismo se mantiene en suspensión en forma de minúsculas gotas de líquido que “flotan” en el vapor a modo de niebla: cuando el vapor contiene condensado en suspensión hablamos de “vapor húmedo” por contraposición al “vapor seco”, que es el que no contiene condensado.
Las pequeñas gotas de ese condensado arrastrado provocan problemas de erosión en las válvulas y otros componentes del sistema, pero son también una fuente de ineficiencia térmica.
Si utilizamos vapor húmedo en un proceso de calentamiento, este es menos eficiente porque el vapor húmedo tiene menos poder calorífico que el vapor seco. Así, por ejemplo, si utilizamos vapor saturado seco a 10 bar, en el equipo de intercambio nos proporcionará 2.780 kJ/kg; pero si el vapor contiene un 5% de humedad, solo nos dará 2.680 kJ/kg: un 4% menos. Para conseguir el mismo calentamiento, pues, deberemos utilizar un 4% más de vapor.
Los inconvenientes del vapor húmedo no acaban aquí: las gotículas de condensado tienden a acumularse sobre la superficie de intercambio, aumentando la resistencia térmica de la misma, lo que hace que el proceso de transferencia de calor sea más lento.
Además, el vapor húmedo puede dar lugar a un aumento de la corrosión de tuberías y equipos, al contribuir a la formación de óxido y otros productos de la corrosión, incrementando los costes de mantenimiento.
En algunos procesos el vapor húmedo puede dar lugar a una reducción en la calidad del producto, dando lugar a oxidaciones, decoloraciones y otros problemas de calidad.
Por todo ello es conveniente eliminar la humedad del vapor, recurriendo a los equipos diseñados específicamente para ese fin: los separadores de condensado.
SEPARADORES DC DE TLV: UNA NUEVA CATEGORÍA EN SEPARADORES
Los separadores DC de TLV son una solución innovadora al problema de separar de manera eficiente el vapor y el condensado, pues actúan por efecto ciclónico e incorporan un purgador que elimina el condensado recogido.
Como se muestra en el esquema, cuando el vapor húmedo (azul) entra en el separador, es filtrado para eliminar impurezas sólidas y a continuación una serie de aletas canalizan el flujo de vapor hacia un ciclón a una velocidad elevada; la fuerza centrífuga actúa sobre el condensado, ocasionando que este sea expulsado hacia la pared interna debido a su mayor densidad. Las gotas de condensado se adhieren a la pared y resbalan sobre ella, cayendo al fondo del equipo donde un purgador de boya libre elimina el condensado recogido. El vapor seco (amarillo) fluye hacia la derecha.
En el siguiente enlace puede verse una animación en la que se muestra el funcionamiento de los separadores DC de TLV:
Los separadores DC de TLV son los únicos del mercado que dan datos concretos sobre su eficiencia de separación que, como se muestra en el siguiente gráfico, supera el 98%.
Eso significa que a la salida del separador el vapor es prácticamente seco siempre y cuando la velocidad del vapor en el conducto no supere 30 m/s, un valor que los diseñadores no suelen superar para no generar pérdidas de carga excesivas.
Los separadores DC de TLV son los únicos del mercado que garantizan un nivel cuantitativo de separación; los productos similares de la competencia se limitan a decir que “separan”, pero en ningún caso ofrecen datos numéricos sobre el nivel de separación.
Las investigaciones realizadas por TLV aportan datos cuantitativos sobre las distintas alternativas disponibles en el mercado; los resultados se muestran en la figura siguiente:
Como puede observarse, en la zona de velocidades habituales para las conducciones de vapor (entre 25 y 30 metros por segundo), los separadores basados en el impacto sobre placas colocadas transversalmente al flujo de vapor, que son los más habituales, tienen una eficacia de separación que va del 84% para una velocidad del vapor de 25 m/s, hasta el 68% a 30 m/s, cuando los separadores DC de TLV superan en todo el intervalo el 98%.
El rendimiento de los separadores de impacto solo es comparable al de los separadores ciclónicos DC de TLV para velocidades inferiores a 20 m/s, claramente por debajo de las velocidades habituales de trabajo en las instalaciones industriales de vapor.
Por todo ello no es exagerado afirmar que los separadores DC de TLV constituyen, por su superior rendimiento, una nueva categoría en el campo de los separadores.
¿CUÁNDO ES ACONSEJABLE INSTALAR SEPARADORES DE CONDENSADO?
Los separadores contribuyen decisivamente a mejorar la calidad del vapor y, por tanto, la eficiencia de los procesos que lo emplean. Algunos de los puntos del proceso donde su aplicación es más recomendable son los siguientes:
1) A la salida de la caldera: a la salida de la caldera pueden producirse arrastres de agua (que contiene impurezas y las sustancias químicas empleadas en el tratamiento del agua) por lo que es aconsejable su eliminación.
2) Antes de los equipos de intercambio térmico: separar la humedad reduce la erosión que esta provoca en la válvula de control y, como ya hemos dicho, mejora la eficacia de la transferencia de calor dentro de equipo.
3) Antes de los contadores de vapor: la eliminación de la humedad mejora la fiabilidad de los datos que aporta el contador y protege sus delicados elementos internos.
4) En los procesos en los que se emplea vapor directo y se precisa, como es habitual, que el vapor sea completamente seco.
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