Nota: Este artículo pretende adentrarse un poco, en el mundo de los atemperadores, que pese a ser equipos especificados en casi todos los proyectos, quizás resultan bastante desconocidos.
1. FUNCIÓN DE UN ATEMPERADOR
2. ATEMPERADORES
2.1. Número de boquillas
2.2. Tipos de boquillas
2.3. ¿Por qué usar una tobera de paso variable?
3. VÁLVULA DE ATEMPERACIÓN
4. CÁLCULO Y SELECCIÓN
5. INSTALACIÓN
6. ACCESORIOS DE LOS ATEMPERADORES
6.1. Filtro
6.2. Check Valve
6.3. Válvula todo-nada
6.4. Válvula en by-pass
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1. FUNCIÓN DE UN ATEMPERADOR
Los atemperadores son los equipos industriales más utilizados para reducir la temperatura de un fluido.
Normalmente cuando se diseña una atemperación se habla de dos equipos, el atemperador y la válvula de control.
Los atemperadores se puede utilizar principalmente para dos funciones:
1º- Acondicionar un vapor sobre-calentado.
La aplicación más conocida de vapor sobrecalantado, es el vapor que se suele enviar a una turbina de vapor.
2º- Llevar el vapor al límite de la saturación.
Esto es muy típico cuando se va a enviar el vapor a un intercambiador, ya que cuanto más saturado, mejor rendimiento tendrán estos equipos.
Nota: Siempre que queramos llevarlo a saturación es recomendable diseñar con unos puntos de operación de 6°C de sobrecalentamiento.
Empíricamente se ha demostrado que por debajo de esta temperatura tendremos mas condensado que vapor.
2. ATEMPERADORES
2.1. Número de boquillas
Lanza simple, doble, triple....
Dependiendo del caudal de atemperación se necesitarán más o menos boquillas.
Si el caudal es muy elevado, se requiere de un atemperador tipo radial. Este tipo de atemperador dispone de un colector alrededor de la tubería conectado con muchas bocas.
En este diseño, todas las boquillas enfocan los chorros hacia el centro, deben de funcionar todas a la vez para asegurar la sustentación de las gotas de agua.
En el caso de tuberías pequeñas introducir una lanza, obstruiría el paso de la tubería principal, por lo que hay dos opciones, atemperador tipo radial o instalar un atemperador tipo venturi.
El atemperador tipo venturi es un anillo por el que circula el fluido.
En dicho anillo, se encuentran los orificios que serán atravesados por el fluido que atempera.
Nota: El atemperador tipo venturi, se suele instalar directamente entre bridas, sólo se instala en pequeños tamaños, pero suele resultar mucho barato otros tipos de atemperadores.
2.2. Tipos de boquillas
Principalmente nos podemos encontrar dos tipos de boquillas.
- De orificio fijo
- De paso variable (toberas)
Nota: El tamaño de las gotas agua en el caso de los atemperadores de paso variable suelen ser mucho más pequeñas.
El seleccionar "orificios fijos" o "toberas" depende principalmente de la rangeabilidad del caudal de atemperación.
Como su propio nombre indica, las boquillas de orificio fijo son una restricción de paso fijo, que al pasar el agua, provocan una caída de presión.
La caída de presión está acompañada con una aceleración tan alta, que el agua sale totalmente pulverizada atravesando el fluido del proceso que debe atemperar.
Nota: Es el mismo efecto que se produce en el rápido de un río. Cuando el río es ancho el agua esta en calma y parece ni moverse, pero cuando el río se estrecha se producen los rápidos. La sección se reduce y el agua aumenta su velocidad.
Esto es debido a que en cualquier sección del río (mientras no se encuentre un afluente) siempre hay un caudal constante (Caudal 1 = Caudal 2).
Según se puede ver en el dibujo anterior, cuando el río es muy ancho (Sección 1), el agua pasa a una velocidad baja (Velocidad 1), pero cuando el río se estrecha (Sección 2) para que pase el mismo caudal que antes, el agua tendrá que pasar mucho más rápido (Velocidad 2).
Siguiendo la ecuación de Bernouilli vemos que a la presión le sucede al revés, cuando la velocidad aumenta, la presión cae.
Es necesario que el atemperador pulverice el agua generando partículas muy pequeñas, para que el intercambio de temperatura sea óptimo, pero para lograrlo se necesita una elevada velocidad (alta caída de presión).
2.3. ¿Por qué usar una tobera de paso variable?
El atemperador de orificio fijo se puede diseñar para funcionar de forma óptima, para un determinado caudal, pero en cuento la válvula de control cierre un poco reduciendo el caudal, la presión se reducirá exponencialmente con lo que las boquillas del atemperador apenas tendrán diferencia de presión para acelerar el fluido y poder atemperar correctamente.
Esto hace que los atemperadores de orificio fijo sólo pueda trabajar con un rango estrecho de caudal de atemperación.
Para evitar esto, e incrementar el rango de caudal con el que se puede atemperar el proceso, se pueden instalar toberas de paso variable.
El resultado es muy similar a lo que ocurre cuando se usa el regulador de una manguera.
Nota: Cualquiera que haya usado en su casa una manguera para mojar las plantas, observará que cuando el regulador deja un orificio muy grande sale mucho agua pero muy despacio, pero a medida que cerramos la manguera el agua sale cada vez más deprisa llegando a pulverizarse.
Las mangueras de casa con regulador, consiguen el mismo efecto que las toberas de paso variable instaladas en los atemperadores.
Si el atemperador tiene toberas de paso variable, cuando el caudal disminuye, el orificio se reduce, logrando que con el mismo caudal, se mantenga la velocidad requerida, pulverizando el fluido adecuadamente.
3. VÁLVULA DE ATEMPERACIÓN
No se puede hablar de los atemperadores sin hablar de la válvula de atemperación.
El caudal del fluido de atemperación es controlado normalmente por una válvula de control (modulante).
El tipo de válvula de control que se utiliza en esta aplicaciones es casi siempre tipo globo.
Su selección dependerá en gran medida de las condiciones de operación que se hayan definido.
La válvula de control y el atemperador, pueden ser comprados juntos o por separado.
Nota: Recomendamos que se compren juntos, para que el mismo suministrador realice los cálculos y diseño de todo el conjunto.
Por otro lado, antes era más común ver el atemperador con la válvula de control, acoplado todo en un sólo equipo.
Pero esto presentaba varios inconvenientes:
Primero, hay muchas menos variedad de válvulas con atemperador integrado.
Segundo, las posibilidades de la instalación son mucho menores (por ejemplo, no permite instalar una válvula manual en by-pass de la válvula de control, para realizar tareas de mantenimiento a la válvula de control sin dejar de atemperar).
4. CÁLCULO Y SELECCIÓN
Nota: No nos podemos extender en este punto, porque el cálculo y selección, requiere de un artículo aparte.
Cómo suele decir Antonio Campo, el cálculo y selección de cualquier válvula de control, no es un camino recto, es una más bien una escalera de caracol, que en muchas ocasiones nos obliga a volver al punto de partida.
Empezaremos por un camino, y basándonos en nuestra experiencia y formación, los resultados nos pueden llevar a resultados inesperados.
Este planteamiento, cobra un mayor sentido si cabe, durante al cálculo y selección de un atemperador, con su válvula de control asociada.
Como antes se mencionó, se recomienda que en aplicaciones caras y/o complejas, que un sólo suministrador se responsabilice del cálculo y diseño de todo el conjunto (válvula de atemperación más atemperador). Por un lado, siempre es conveniente delimitar adecuadamente las responsabilidades, y por otro lado, los suministradores reconocidos, disponen de programas específicos, que les permitirán estudiar y calcular como se comportarán sus equipos de una forma más precisa.
En el cálculo se debe estudiar la rangeabilidad de todos los factores.
Los factores principales son tres:
- Rangebilidad de la válvula de atemperación
- Rangebilidad del atemperador
- Rangeabilidad de la velocidad del vapor
Uno de los factores más determinantes para poder diseñar una atemperación es diseñar el sistema con una presión en el fluido que atemperara lo suficientemente superior a la presión del fluido que es atemperado.
Se debe considerar, que el fluido que atempera no sólo tiene que penetrar en el fluido que es atemperado, además debe de atravesarlo con la suficiente velocidad.
Nota: Para saber más, sobre como establecer la mínima presión de atemperación, recomendamos el siguiente artículo. "Pulsar en este enlace"
Si no se dispone de suficiente presión en el fluido que atempera, en algunas ocasiones, se puede instalar un atemperador acondicionado con vapor.
Este tipo de atemperador introduce en el proceso una mezcla de vapor con agua.
El agua reducirá la temperatura del proceso y el vapor ayudará a que las partículas se pulvericen.
5. INSTALACIÓN
Empíricamente, se ha calculado un tiempo aproximado de 3 décimas de segundo, para poder asegurar la evaporación de las gotas dentro del fluido a atemperar.
En función de este tiempo y de la velocidad del fluido a atemperar, se establece una distancia mínima de tramos rectos que se debe mantener para un homogenización adecuada de la mezcla agua/vapor y evitar que choque compactándose.
Esto afecta tanto al trazado de la tubería, como a los transmisores de temperatura que suelen colocar después de la atemperación.
Respetar estas distancias optimizará el funcionamiento del atemperador y evitará la compactación de gotas y erosión de los equipos aguas abajo.
6. ACCESORIOS DE LOS ATEMPERADORES
6.1. Filtro
Es recomendable, instalar un filtro aguas arriba de nuestra válvula de control, sobretodo si el CV de las boquillas seleccionadas es muy pequeño. Esto evitará que se obstruyan durante la operación de la planta.
6.2. Check Valve
Es recomendable instalar una check valve entre el atemperador y la válvula si las condiciones de diseño entre el agua y el vapor son muy dispares y no tenemos toberas en los pulverizadores.
6.3. Válvula todo-nada
En muchas aplicaciones a la válvula de control se le especifica un test de fugas muy exigente.
Si la válvula de control fuga un poco, el fluido que se fuga, no podrá alcanzar la presión mínima para pulverizarse al llegar al atemperador, y como consecuencia de esto el atemperador goteará. Lo que puede suponer un serio daño por estrés térmico, para la tubería y para los equipos que estén aguas abajo.
Para evitar esto se puede instalar una válvula todo-nada, antes de la válvula de control, ya que las válvulas de control por muchas pruebas de fugas que se les exija, realmente están hechas para modular, no están diseñadas para aislar. Y sin embargo, resulta relativamente sencillo, encontrar válvulas todo-nada que permitan un alto grado de aislamiento (como por ejemplo algún modelo de válvula de bola).
6.4. Válvula en by-pass
Para tener una mayor disponibilidad durante el mantenimiento de la válvula de control, se puede instalar una válvula de globo en by pass (paralela a la válvula de control) y un par de válvulas de corte a cada lado de la válvula de control.
Esto permitiría dejar abierta un poco la válvula de by-pass, atemperando de forma manual y provisional mientras la válvula de control no esté operativa.
Para saber más sobre atemperadores escuche este Webminar en el siguiente enlace "Pulse aquí"
Nota: Si hay algo de cierto en todo lo escrito en este artículo es gracias a las charlas y aportaciones realizadas por Ángel Arranz.
Cualquier error sin duda será debido a una mala interpretación por parte del autor. Elaborado por InstrumentacionHoy
Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a:
04/09/2017
