¿Por qué el condensado debe ser devuelto a la caldera?

El vapor contiene dos tipos de energía: latente y sensible. Cuando el vapor se suministra a una aplicación de proceso (intercambiador de calor, bobina, trazador, etc) el vapor  libera la energía latente para el fluido de proceso y se condensa. El condensado conserva la energía sensible  que el vapor tenía. El condensado puede tener tanto como un 16% de la energía total, dependiendo de la presión (Figura 1).

Figura 1. Porcentajes de calor latente y calor sensible

Devolver el condensado a la caldera es una de las inversiones de mayor rendimiento. Como los costos del combustible siguen aumentando a nivel mundial, es imperativo centrarse en la recuperación de condensado en cada operación de generación de vapor a nivel industrial.

El condensado no sólo contiene agua, sino también los productos químicos de tratamiento de calderas y la energía transferida durante la combustión. El condensado, por lo tanto, tiene que ser devuelto a la caldera para:

• Mejorar la eficiencia energética
• Reducir el costo por sustancias química
• Reducir  el costo por tratamiento del agua
• Reducir los costes de eliminación del sistema de alcantarillado
• Cumplir con las regulaciones ambientales

Figura 2. Este es un ejemplo de un tanque de retorno de condensado que fue diseñado para cumplir con los estándares industriales de hoy en día.

Desafortunadamente, muchas plantas industriales pierden el condensado del sistema de vapor y el condensado no regresa a la planta de calderas. En otras, el condensado al ser devuelto pierde energía térmica debido a la falta de aislamiento térmico en los depósitos, tubería de condensado, válvulas y accesorios. La mejor práctica para sistemas de condensado es aislar cualquier dispositivo en el sistema de condensado para evitar tales pérdidas (Figura 3).

Figura 3. Un sistema de condensados totalmente aislado

Si no se devuelve el condensado a la caldera, el sistema de vapor debe compensar la pérdida de calor, el agua sin tratar, el agua cruda tiene que estar tratada para la operación de la caldera. Esta preparación tiene un costo. El agua a reponer también contiene sustancialmente menor contenido de BTU que debe suministrarse en el desaireador o calentador atmosférico del agua de alimentación. Esta adición aumenta el coste de energía aún más a la operación. El agua natural tiene que ser químicamente tratada para el funcionamiento de la caldera, lo que representa un costo adicional.

Justificación para devolver el condensado

Con altos costos de energía, se debe devolver el condensado tanto como sea posible a la caldera para su reutilización. El punto de referencia óptimo para el retorno de condensado del 90%. Esto es posible si la planta no utiliza inyección directa de vapor para aplicaciones de proceso.

A continuación se muestra un ejemplo de los ahorros potenciales de un  sistema de generación de vapor que no regresa el condensado a la sala de calderas, de  44.000 libras / hr, a 150 psig:

Flujo de vapor media (libras por hora)	44.000
El costo del combustible descargado ($ por 1.000.000 BTU)	15,3
Funcionamiento (hr / año)	8.760
Presión de vapor (psig)	150
Temperatura del vapor (° F)	366
Total de energía de vapor (hg) BTU / lb	1195.1
Ajuste de temperatura del agua (º C)	55
De agua de reposición contenido de BTU (hm) BTU / lb	23
Temperatura de retorno de condensado (º F)	212
Energía retorno de condensado (hc) BTU / lb	180,33
Fracción de retorno de condensado (porcentaje decimal)	0,90
Tabla 1. Estos son los datos básicos para el cálculo de ejemplo, que representa un sistema operativo de vapor típico.

Para determinar las posibles pérdidas de energía por año, a partir de cero retorno de condensado a la caldera, se realiza el siguiente cálculo:

(Hc - hm) = pérdida de energía por kg de condensado
(180,33-23) = 157.33 BTU por libra de condensado
44.000 libras de vapor = 44.000 libras de condensado (90% de rendimiento) = 39.600 lb
39.600 lb x 157,33 BTU/lb = 6.230.268 BTU / hr
6.230.268 BTU/hr x 15,3 $/1.000.000 BTU = $ 95.32/hr
$ 95.32 x 8,760 horas por año = $ 835.003 / año

Los ahorros potenciales se basa en la energía necesaria para elevar el agua de reposición a la del condensado que no se devuelve. El cálculo no tiene en cuenta el ahorro de costes químicos, agua y alcantarillado. Tampoco tiene en cuenta el efecto de devolver el condensado a presiones más altas, lo que resulta en un mayor ahorro. El cálculo anterior supone que no  se devuelve a la caldera el condensado, pero la mayoría de las plantas industriales devuelven al menos un pequeño porcentaje del condensado. Cada planta debe evaluar el costo de no retornar el condensado y establecer una hoja de ruta para el retorno de condensado.

Reducción de costos

Si el condensado se devuelve, la necesidad de agua de reposición se reduce. Al disminuir la cantidad de agua de reposición se obtiene un menor consumo de productos químicos para la caldera. Los costos del agua están aumentando en todas partes y un alto porcentaje de retorno de condensado reduce el costo total de agua de reposición.

Los costos del sistema de alcantarillado están directamente relacionados con el consumo de agua. Si no se devuelve condensado, el condensado se drena a la red de alcantarillado, aumentando el costo de procesar los desechos al alcantarillado. Finalmente, la ley puede requerir tratar el agua a descargar. Al devolver el condensado al proceso se reduce el agua que se envía al desagüe y el volumen de agua que cae bajo el control del ente regulador.

¿Qué se debe tomar en cuenta para retornar el condensado?

Hay que entender que existen factores que se deben tomar en cuenta para que el condensado sea devuelto a la caldera de la planta. El primero es la selección de las bombas de condensado con la debida altura neta de succión positiva (NPSH). Una serie de bombas de condensado que deben manejar las temperaturas del condensado de menos de 200 º F (93 ° C). Temperaturas de condensado están cerca de la temperatura de saturación de la atmósfera de 212 ° F (100 ° C). Por lo tanto, NPSH es una variable crítica. La cavitación de la bomba daña los sellos y turbina en un corto período de tiempo.

Las trampas de vapor son el siguiente factor. Instalación de trampas de tamaño insuficiente e inadecuado por hace que las mismas no funcionen correctamente. Muy a menudo, una solución a corto a este problema es drenar el condensado a la alcantarilla. Muchas instalaciones de trampas de vapor tienen válvulas de drenaje abierto para eliminar el condensado del proceso para que se pueda llegar a temperaturas adecuadas.

Otro factor es la corrosión de la linea del condensado. En el sistema de condensado se acumula ácido carbónico como resultado del exceso de  dióxido de carbono en el sistema. La mayor concentración se encuentra en las líneas de retorno de condensado porque el dióxido de carbono se disuelve en el enfriamiento de condensado. La mayoría de las líneas de condensado utilizan  tubos de acero Sch 80 y conexiones roscadas. El condensado corroe el acero, pero las roscas de las tuberías típicamente son más susceptibles al deterioro. Usando inoxidable para la tubería de condensados ​​y válvulas, y evitar conexiones roscadas,se  retarda la corrosión.

El cuarto factor es el aislamiento del sistema de condensado. Los componentes de sistemas de vapor deben estar aislados para asegurar que la energía térmica en el condensado no se pierde en el camino. Además, el aislamiento protege al personal del contacto con componentes calientes, mejorando así la seguridad de la planta. Todo en el sistema de condensado a una temperatura por encima de 120 ° F (49 º C) necesita el aislamiento, incluyendo:

Líneas de condensado
Tanques de condensado
Válvulas
Algunos tipos de trampas de vapor

El último factor son las pérdidas por fugas y escapes de vapor (Figuras 4 y 5). Pérdidas por mal funcionamiento de los componentes en el sistema de vapor y condensado contribuyen a la pérdida de condensado tratado. Los tanques que se purgan a la atmósfera también pierden condensado.

Figura 4. Fugas de vapor son una pérdida de condensado y la energía.

Figura 5. Venteo de vapor a la atmósfera representa una gran pérdida de vapor y condensado.

El condensado es uno de los cinco principales elementos que deben ser orientados en un sistema de vapor y condensado para reducir los costos de energía y mejorar la fiabilidad. Los otros cuatro son:

La ventilación de vapor a la atmósfera
Fugas
Aislamiento
Trampas de Vapor

Fuente:

Escrito por Kelly Paffel de Swagelok Company, disponible en:

http://www.plantservices.com/articles/2010/04ReturnCondensateToBoiler.html  (Consultado el 01/09/2012)

Tratamiento de condensados de caldera

Un sistema de condensación bien gestionado es necesario para garantizar la seguridad, fiabilidad y eficacia en el funcionamiento de la caldera. El líquido condensado devuelto a la caldera puede influir de forma positiva en el uso del agua y energía y en los costes de pretratamiento. Para obtener beneficios de la devolución del líquido condensado, es necesario implementar y mantener un programa de control de la corrosión. La optimización de la devolución del líquido condensado requiere un equilibrio de control mecánico, operativo y químico. Un programa de tratamiento del líquido condensado mal gestionado puede afectar a la larga al rendimiento y a la fiabilidad del sistema de la caldera.

Fuente: 

https://es-es.ecolab.com/nalco-water/offerings/boiler-condensate-treatment?industry=Food+and+Beverage+Processing&market=Sugar+Processing&application=Water+Treatment&solution=Boiler+Water+Treatment (17/12/2022)