PROTOCOLO: 1G Caldera de Vapor a base de Biomasa

PROTOCOLO: 1G

Caldera de Vapor a base de Biomasa

1ra Edición

2017

                                     Jorge Jarufe

Graneros Nacionales S.A.

Introducción

Graneros Nacionales S.A. de C.V. utiliza una caldera HBFS-4 Bremer para saciar sus requerimientos de vapor. La generación de vapor es causada por la transferencia de energía térmica entre metal y agua. El agua se evaporiza cuando la transferencia de energía del metal es suficiente para hacer el agua llegar a su índice de calor latente. El combustible utilizado para generar calor es cascara de arroz al 12% de humedad.

El vapor generado por la caldera es utilizado para tres objetivos: secar arroz en cascara (paddy) en 9 secadoras verticales y 2 secadoras rotativas, calentar agua para maceración de arroz en ollas de precocido, cocinar arroz macerado en olla “cooker”.[pic 1]

Figura #1: Sistema de Caldera HBFS-4; Plano Global

Diseño de Caldera

        El diseño de transferencia de calor en la caldera HBFS-4 es una combinación entre los sistemas acuotubular y humotubular. En el sistema acuotubular, ubicado en el horno de la caldera, el agua ocupa un volumen adentro de múltiples tuberías y es llevada a su punto de evaporación mediante la transferencia de energía guiada por gases calientes y llamas. En el sistema pirotubular, ubicado adentro del domo de la caldera, el agua ocupa un volumen adentro del domo y esta en contacto con un sistema de tubería (250 tubos) la cual tiene un volumen vacío adentro.

Sistema de Retorno de Agua Condensada

        Para que la caldera sea eficiente en su uso de agua y vapor, se emplea un sistema de retorno de condensado. Debido a las propiedades gaseosas del vapor, este puede cambiar a su estado líquido si sus parámetros de presión y temperatura lo permiten. Podemos apreciar las diferentes fases del agua en el siguiente diagrama:

[pic 2]

Figura #2: Diagrama Fases de Agua

Tomando en cuenta la Figura #2, podemos entender como un sistema en donde la presión es constante, el vapor puede condensarse y convertirse en agua líquida. Debido a que la temperatura del vapor baja después de transferir su energía térmica a los diferentes componentes especificados en la Figura #1, esto causa que un gran volumen del mismo se condense. Seguidamente, para extraer la mayor cantidad de agua liquida de este vapor saturado, después de su distribución, se emplean componentes llamados trampas de vapor.

La función principal de estos componentes es retener cualquier flujo en la línea hasta que parámetros de temperatura o flujo de agua condensada se cumplan. Al retener el flujo en la línea por un corto periodo de tiempo, la presión del sistema incrementa, causando que parte del vapor restante se condense. Las trampas de vapor instaladas en nuestro sistema de retorno pueden ser apreciadas en la Figura #1.

Además de extraer condensado del vapor, estas trampas impiden un fenómeno llamado “golpe de ariete”. El “golpe de ariete” ocurre cuando el vapor, moviéndose en la línea a alta velocidad, hace que el flujo del condensado que lo acompaña se vuelva turbulento. Debido a su estado turbulento, se crean olas las cuales golpean válvulas y codos.  Al controlar el flujo de condensado y vapor en las líneas, las trampas de vapor impiden que esto ocurra.[pic 3]

                                                        Figura #3: Golpe de Ariete

Tipos de Trampas de Vapor

El sistema de caldera de GRANSA utiliza tres diferentes tipos de trampas de vapor: ARI, Flote y Cubeta Invertida.

La trampa ARI utiliza dos diferentes mecanismos para operar, por ende, se le considera la más eficiente. Este tipo de trampa es activada detectando parámetros de temperatura y flujo de condensado. Además, utiliza un sistema de estrangulamiento para separar particuladas solidas del flujo. En el sistema de estrangulamiento, el flujo se reduce a un 70%. [pic 4]

Figura #4: Trampa de Vapor Tipo ARI

La trampa Flote utiliza, como en referente a su nombre, un sistema de flotación para satisfacer su parámetro en dejar que el flujo continúe. Se usa comúnmente cuando la cantidad de condensado es elevada.[pic 5]

Figura #5: Trampa de Vapor Tipo Flote

Cuando la cantidad de condensado es mínima, se utiliza la trampa de cubeta invertida. Esta trampa tiene la misma función que la trampa Flote, con la excepción que se activa con menos flujo. Debido a esto, se puede decir que es la menos eficiente. [pic 6]

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