CONSEJOS DE SOLUCIÓN PARA PROBLEMAS COMUNES DE ENERGÍA EN PLANTAS

0
405

Escribe: Ing. Daniel Milachay – Montajes & Ejecutores Industriales SAC – APTT

La mayoría de plantas industriales que poseen procesos con energía térmica utilizan calderas de vapor o de aceite térmico. En ambos casos, el vapor o aceite térmico viaja a través de tuberías hasta llegar al punto de suministro de energía calorífica: una máquina o un equipo de proceso industrial.

En los dos casos mencionados, el proceso de instalación eficiente involucra la selección de diversos elementos técnicos. Sin embargo, los problemas aparecen cuando no se toman todas las precauciones técnicas de una buena ingeniería. Este artículo pretende mostrar una lista de acciones o actividades elementales que, si son obviadas, ocasionarán problemas en la maquinaria y equipos de producción que requieren energía térmica, y que acarrearán sobrecostos para solucionarlos.

En los siguientes párrafos identificaremos algunos problemas comunes, y trataremos de dar alternativas y consejos de solución para el proceso de tendido de tuberías para vapor, que involucra la selección del material y diámetro de las tuberías; las válvulas y los accesorios; el tendido o recorrido de la tubería, entre otros.

El primer caso está relacionado a la selección del material del tubo para vapor. La inversión inicial es importante, por ello es mejor elegir bien el material. Si se desea que la tubería por donde viaja el vapor tenga una duración prolongada de vida, se recomienda evitar los tubos de fierro negro con costura o fierro galvanizado standard. Es cierto que estos cuestan menos que el tubo de acero        sch-40 sin costura, pero éste último es el indicado si se va a trabajar con presiones aproximadas de 150 PSI.

El tubo de fierro negro standard posee costura que puede colapsar por presión o picadura. En ese caso, el supuesto ahorro inicial en la inversión será menor porque tendrá que cambiar la tubería antes de lo previsto. Los sobrecostos de cambiar un tubo dañado incluyen la mano de obra de instalación; la parada del tendido del tramo a cambiar (parada de equipo o maquinaria de producción); el reemplazo de las tuberías y otros accesorios que no pueden reutilizarse; y el retiro e instalación del aislamiento, pues quizás se haya deteriorado por las fugas a causa de las picaduras o el colapso del tubo, y que en el mejor de los casos no ha causado un accidente.

Si se requiere que el vapor sea usado en contacto con otros fluidos para su calentamiento directo (como en tanques de preparación de fluidos o calefacción indirecta), se puede usar el acero inoxidable sch-40 o sch-10 con costura. Si el fluido es químico, es preferible utilizar de calidad 316; si no, se puede elegir calidad 304.

El segundo caso está vinculado al desgaste del tubo en el punto de apoyo con el soporte (caso de una línea troncal de vapor horizontal). Una vez que hemos seleccionado el tubo, este debe instalarse adecuadamente. Hay que tomar en cuenta que, en el caso de tendidos largos, el tubo se dilata a causa de la temperatura; lo cual provoca el desplazamiento del tubo sobre los apoyos, que deben estar bien diseñados.

Casos reales han demostrado que la dilatación del tubo genera fricción sobre el soporte que generalmente es de acero (ángulo o canal de fierro), causando desgaste en el punto de contacto. Esto puede ocasionar el colapso del tubo, al tener un espesor menor que no resiste la presión del vapor.

Por ello, es aconsejable implementar un elemento conocido como ‘patines de sacrificio’, que son adheridos al tubo. Estos elementos son los que evitan que el tubo se desgaste cuando se dilata y fricciona sobre el apoyo. La longitud de los ‘patines’ debe diseñarse adecuadamente para que puedan absorber la dilatación, que consiste en un desplazamiento cíclico cuando el tubo se calienta y enfría.

El tercer caso es sobre las juntas de dilatación en los tendidos de tuberías para vapor. Hay casos en que la tubería troncal de vapor es de gran longitud con subidas, bajadas y quiebres hasta llegar al punto final. En estos casos, los desplazamientos en un quiebre angular pueden ocasionar deformaciones permanentes y dañar los ‘patines’ de la tubería y los soportes metálicos.

Si el tendido es de gran longitud con presiones cercanas a los 150 PSI, la tubería absorbe temperatura. Como ésta es de acero y tiene un coeficiente de dilatación como cualquier otro material, la tubería se dilata. En muchos de estos casos, las líneas de alimentación de derivación de la troncal de vapor, que son verticales, se encuentran reviradas o inclinadas. En el peor de los casos, se generan deformaciones permanentes, fugas en elementos bridados o el colapso de una línea de derivación de menor medida que no pudo absorber las deformaciones.

Por ello, se recomienda calcular los puntos fijos y dónde instalar una junta de dilatación según el diseño del tendido, para que esta absorba la dilatación que se genera en un determinado tramo del tendido troncal, y así evitar deformaciones permanentes. La junta se debe fijar entre dos puntos fijos, según las tablas de cálculo. El ‘patín’ de la tubería se fija al apoyo mediante soldadura, y se selecciona dónde instalar la junta para que absorba por compresión la dilatación del tubo.

Es importante saber que una línea troncal de vapor -con un diámetro y espesor determinado, mayor o menor- tendrá una temperatura determinada bajo cierta presión de vapor con el mismo coeficiente de dilatación, por ser ambas del mismo material. Éstas se dilatarán en la misma longitud y medida, porque la dilatación es en función del material de la tubería, de la diferencia de temperatura y del coeficiente de dilatación, independiente del diámetro y espesor del tubo.

Para cada caso específico, se recomienda la debida selección de las juntas de dilatación y su adecuada instalación. Ello implica que se recurran a tablas para poder ubicar los soportes con ‘patines guías’, y se pueda trabajar adecuadamente la junta de dilatación.

El último caso está relacionado a los golpes de ariete, cuyo significado físico se traduce en un ruido de golpe de presión al interior de las tuberías de distribución del vapor. Estos se producen cuando se forman bolsas de condensado que viajan conjuntamente con el vapor y a la misma velocidad por el interior de la tubería. Las bolsas de condensado llegan a una válvula o a las curvas de la tubería, donde se detienen bruscamente generando un golpe: la energía cinética del condensado se convierte en presión y, por consecuencia, en un golpe de choque en la obstrucción o pared de la curva.

Los golpes de ariete también suceden cuando el vapor que viaja por la tubería se encuentra con condensado de vapor. La mezcla de ambos fluidos origina un choque contra las paredes de la tubería. Este golpe se traduce en un movimiento de presión, que se transmite a lo largo de la tubería y llega a los puntos de fijación de accesorios como bridas, uniones universales, válvulas, entre otros.

En conclusión, el golpe de ariete siempre aparecerá en determinado momento cuando hay vapor y condensado de vapor juntos. ¿Qué consecuencias trae? Las uniones bridadas se aflojan y las empaquetaduras pueden soplarse; y se afloja el ajuste de las uniones universales, de las válvulas roscadas o bridadas, y de accesorios como codos, tees y otros.

Fuentes potenciales de problemas de golpe de ariete.

¿Qué debe suceder en una línea de distribución de vapor? No tener condensado de vapor. Este se genera por diversos motivos, por ejemplo, cuando la tubería de vapor no tiene pendiente. Por esto, se aconseja que la tubería tenga una ligera pendiente de bajada mas no de subida, evitando así el golpe de ariete.

Para no tener condensado de vapor en exceso, es necesario que la línea de vapor esté aislada con espesores adecuados y enchaquetada. Si bien el aislamiento no impedirá que se forme condensado de vapor, este contribuye en gran medida a reducir su aparición y evita que se condense el vapor en gran cantidad. Esto significará un gran ahorro de energía y, por ende, ahorro económico en la operación de la caldera de vapor, la producción de agua tratada; así como un funcionamiento menor de los sistemas de bombeo y mejores ambientes con menor temperatura por radiación térmica.

Como es inevitable que se presente condensado de vapor al interior de las tuberías por donde viaja el vapor, debe implementarse un sistema de fin de línea al final de las líneas troncales de distribución para atrapar el condensado con un sistema de trampeo. De igual forma, es recomendable colocar sistemas colectores de condensado con sistema de trampeo en los puntos donde hay quiebres de la línea de distribución, la cual debe subir o bajar.

En los tendidos de líneas de distribución de gran longitud, por su parte, es necesario instalar sistemas colectores de condensado con trampeo de vapor por tramos, dependiendo del diámetro de la tubería (según se recomienda en tablas prácticas). Más aún si el vapor es requerido para sistemas de calefacción, se debe instalar este sistema colector mediante botellas separadoras de vapor.

Las botellas separadoras de vapor deben instalarse donde la calidad del vapor es alta, como en intercambiadores de calor o radiadores de vapor, las cuales tienen como función eliminar el condensado que arrastra el vapor a lo largo de su viaje mediante sistemas de trampeo. De esta manera se asegura la calidad del vapor saturado, libre de condensado en la medida de las distancias para su uso.

También es importante diseñar adecuadamente la botella colectora de fin de línea, las botellas colectoras intermedias y los separadores de vapor. Con todo esto va de la mano el saber seleccionar el elemento de trampeo de vapor, que pueden ser trampas termodinámicas, de balde invertido o de flotador, según las capacidades y necesidades de calidad del vapor.

En este artículo hemos mostrado cuatro problemas comunes que se solucionan con alternativas prácticas y que deben tenerse en cuenta en las instalaciones industriales. En un artículo posterior trataremos una serie de problemas ocasionados por instalaciones, válvulas y sistemas de trampeo inadecuados.

DESCARGAR EN PDF