INGENIERÍA INDUSTRIAL DE FLUIDOS TÉRMICOS
Cómo seleccionar un calentador de aceite térmico: temperatura, caudal, combustible y diseño del sistema completo
Una calefacción fiable a alta temperatura depende de algo más que la capacidad del calentador. El fluido, el serpentín, la bomba, el sistema de expansión, los consumidores del proceso, los equipos de combustible y la lógica de protección deben diseñarse como un único circuito.
LA RESPUESTA BREVE
Seleccione conjuntamente el calentador y el circuito de circulación.
Defina la demanda térmica
- Carga térmica normal, mínima y máxima;
- Temperaturas de impulsión y retorno requeridas;
- Intercambiadores de calor del proceso y programa de funcionamiento.
Proteja el fluido caloportador
- Respete los límites de temperatura de masa y de película;
- Mantenga una circulación fiable por el serpentín;
- Controle la expansión, el venteo y la exposición a la oxidación.
Deben confirmarse los límites del proveedor del fluido y los códigos locales para el fluido, la temperatura de funcionamiento y la instalación seleccionados.
01 · DEMANDA TÉRMICA Y TEMPERATURA
Calcule lo que necesita cada consumidor del proceso.
Comience por el balance térmico de los reactores, secadores, prensas en caliente, depósitos, hornos u otros consumidores. Separe el calor continuo del proceso de la demanda de calentamiento e identifique qué consumidores funcionan al mismo tiempo. Un calentador de aceite térmico seleccionado únicamente a partir de un máximo estimado puede estar sobredimensionado, mientras que uno seleccionado solo a partir de la carga normal puede recuperarse con demasiada lentitud después del arranque.
Defina la temperatura requerida en el proceso, la temperatura de retorno prevista y la banda de control aceptable. Las pérdidas de distribución, la diferencia de aproximación del intercambiador de calor y la longitud de las tuberías influyen en la temperatura de impulsión del calentador. Evite aumentar la temperatura simplemente para compensar un intercambiador de calor de proceso subdimensionado.
02 · FLUIDO CALOPORTADOR
Respete los límites de funcionamiento del proveedor del fluido.
La selección del fluido térmico considera la temperatura máxima de masa, la temperatura máxima de película, la viscosidad a baja temperatura, la resistencia a la oxidación, la compatibilidad, los requisitos medioambientales y el coste del ciclo de vida. El fluido debe seguir siendo adecuado durante el arranque, el funcionamiento normal, la modulación a baja carga, la parada y las condiciones más frías del emplazamiento.
La temperatura de masa describe la corriente de fluido, mientras que la temperatura de película describe la capa límite más caliente junto a la superficie calefactora. Una temperatura de película excesiva puede acelerar el craqueo y la formación de depósitos incluso cuando la temperatura de salida medida parece aceptable. Por tanto, el flujo térmico del serpentín y la circulación deben evaluarse conjuntamente.
03 · CIRCULACIÓN
Mantenga un caudal fiable en todas las condiciones de funcionamiento.
El cálculo de circulación incluye la resistencia del serpentín del calentador, las tuberías de impulsión y retorno, las válvulas, los filtros, los consumidores del proceso y la elevación estática. El caudal y la altura de la bomba deben proporcionar la circulación necesaria sin superar los límites de los componentes. Los consumidores en paralelo necesitan una estrategia de equilibrado y control para que un ramal no prive de caudal a otro.
Un disparo por bajo caudal debe basarse en una medición fiable y estar vinculado al permiso del quemador o de la alimentación de combustible. La redundancia de bombas, las válvulas de retención, la filosofía de derivación y las necesidades de alimentación de emergencia dependen del riesgo del proceso y del calor almacenado en el hogar.
04 · EXPANSIÓN Y VENTEO
Permita que el fluido se expanda sin exponerlo innecesariamente.
El fluido térmico se expande al calentarse. El volumen del depósito de expansión, el nivel de funcionamiento, la elevación y las líneas de conexión deben basarse en las propiedades del fluido y el inventario total del sistema. La disposición también facilita el llenado, el venteo de la humedad y los componentes de bajo punto de ebullición, y una presión positiva en la aspiración de la bomba de circulación.
El depósito debe mantenerse tan frío como resulte práctico dentro del diseño seleccionado. Cuando se requiera una atmósfera de gas inerte, el control de presión y la disposición de alivio deben diseñarse en lugar de añadirse como un accesorio aislado. El drenaje, el rebose y la manipulación segura del fluido también forman parte del diseño del sistema.
05 · COMBUSTIBLE Y COMBUSTIÓN
Elija los equipos de combustión para el combustible disponible.
Los calentadores a gas y combustible líquido pueden ofrecer una instalación compacta y una modulación sensible cuando las condiciones de suministro son estables. Los combustibles sólidos requieren un rango de especificación definido: el tamaño de partícula, la humedad, las cenizas, la densidad aparente y el poder calorífico influyen en el almacenamiento, la alimentación, la selección de la parrilla o el hogar, el aire de combustión y los equipos de emisiones.
La recuperación de calor puede incluir el precalentamiento del aire de combustión u otra disposición específica del proyecto. Antes de afirmar que existe un beneficio, deben comprobarse la temperatura de salida de los gases de combustión, el riesgo de corrosión, el tiro, el ensuciamiento y el perfil de funcionamiento. Los equipos de recuperación nunca deben comprometer el funcionamiento seguro del calentador ni el acceso para mantenimiento.
06 · CONTROLES Y PROTECCIÓN
Diseñe los enclavamientos en torno a modos de fallo plausibles.
Las entradas de protección habituales incluyen el caudal de circulación, el estado de la bomba, las temperaturas de entrada y salida del calentador, la presión, el nivel del depósito de expansión, la temperatura de los gases de combustión, el estado de la llama o combustión, el tiro del hogar y el estado de los ventiladores. Deben documentarse los límites de alarma, los disparos, los permisos de arranque y los requisitos de rearranque.
La interfaz del operador debe mostrar los valores del proceso, los estados de los actuadores y la primera causa de una parada. Una buena automatización no elimina la necesidad de procedimientos de operación, inspecciones, análisis del fluido y mantenimiento preventivo; hace que estas tareas sean más claras y uniformes.
07 · DATOS DEL PROYECTO
Prepare estos datos antes de solicitar una propuesta.
- Demanda térmica normal, mínima, máxima y de arranque;
- Temperaturas de impulsión, retorno y proceso requeridas;
- Consumidores del proceso, intercambiadores de calor y programa de funcionamiento;
- Fluido térmico seleccionado y límites del proveedor;
- Distancia de tuberías, elevación y disposición propuesta de los equipos;
- Propiedades del combustible, condiciones de suministro y límites de emisiones;
- Rango de temperatura ambiente, altitud y servicios disponibles;
- Código, inspección y alcance documental requeridos;
- Expectativas de redundancia, automatización y ampliación futura.
REFERENCIAS DE INGENIERÍA
Lecturas técnicas adicionales.
PREGUNTAS FRECUENTES
Preguntas frecuentes sobre la selección de calentadores de aceite térmico
¿Qué información se necesita para dimensionar un calentador de aceite térmico?
Indique la demanda térmica normal y máxima, las temperaturas de impulsión y retorno, los consumidores del proceso, el programa de funcionamiento, el tipo de fluido térmico, el combustible, la altitud del emplazamiento, las condiciones ambientales, la distancia de las tuberías, el código requerido y los límites de emisiones. El circuito de circulación y los intercambiadores de calor del proceso deben evaluarse junto con el calentador.
¿Es un calentador de aceite térmico lo mismo que una caldera de vapor?
No. Un calentador de aceite térmico normalmente hace circular un fluido caloportador líquido para calentamiento indirecto, mientras que una caldera de vapor genera vapor. El medio de proceso, la temperatura, la presión, la distribución, los controles y los requisitos de mantenimiento son diferentes.
¿Por qué es importante el caudal mínimo en un calentador de aceite térmico?
Una circulación adecuada extrae calor del serpentín y ayuda a controlar la temperatura de la pared del tubo y de la película de fluido. Un caudal bajo puede provocar sobrecalentamiento local, acelerar la degradación del fluido y dañar los equipos, por lo que la protección de caudal es un requisito fundamental del diseño.
¿Cómo se selecciona el depósito de expansión de aceite térmico?
Debe absorber la expansión del fluido en todo el rango de funcionamiento y facilitar el llenado, el venteo, la altura de aspiración de la bomba y el funcionamiento seguro del sistema. Las propiedades del fluido, el inventario total, la elevación, la temperatura, los requisitos de gas inerte y las normas aplicables deben revisarse conjuntamente.
¿Puede un calentador de aceite térmico utilizar biomasa o carbón?
Sí, cuando la economía del combustible y las condiciones del emplazamiento justifican el combustible sólido. El proyecto completo debe incluir una preparación y alimentación de combustible compatibles, el diseño del hogar y la parrilla, el aire de combustión, el control de tiro, la manipulación de cenizas, los equipos de emisiones y la protección automática.