Pérdidas de vapor Tras la estela del vapor: las pérdidas ocultas aumentan el consumo energético

Los sistemas de vapor pueden parecer que funcionan sin problemas, pero, en realidad, generan altos costes de forma encubierta. Así, las pérdidas ocultas de vapor aumentan las necesidades de la caldera y convierten rápidamente el mantenimiento planificado en reparaciones reactivas. Por ello, los operadores deberían analizar de forma crítica tanto sus prácticas de supervisión como las causas de las averías.

Incluso pequeñas averías como pérdidas de vapor pueden, si se repiten, afectar considerablemente a la fiabilidad de un sistema de vapor y reducir notablemente su eficiencia energética con el paso del tiempo. Dado que no siempre tienen un impacto inmediato en la producción, estas pérdidas suelen pasar desapercibidas o se ignoran. Sin embargo, su efecto se acumula: si no se eliminan las causas, esto provoca pérdidas energéticas permanentes, las tuberías y los componentes de la instalación se desgastan más rápidamente y los costes de explotación aumentan.

Una de las causas más frecuentes de las pérdidas de vapor es el fallo de los purgadores de condensado. En el caso de los purgadores mecánicos, hay dos tipos de fallos especialmente críticos en este contexto: el fallo en posición abierta y el fallo en posición cerrada.

«Los purgadores de condensado mecánicos tienen una vida útil prevista de cuatro años. Sin embargo, si no se cuenta con un programa anual proactivo de mantenimiento preventivo, cabe suponer que alrededor del 25 % de los purgadores de condensado de una instalación se encuentran averiados: En sistemas no controlados, estos pueden estar averiados, ya sea en posición abierta o cerrada», explica Nigel Egginton, director general de EBE Engineering.

Pérdidas invisibles, efectos palpables: fugas de vapor y corrientes de aire

Cuando un purgador de condensado falla y queda abierto —lo que también se conoce como «soplado»—, el vapor fresco fluye continuamente a través del purgador hacia el sistema de retorno de condensado. La caldera debe reponer el vapor perdido, lo que aumenta tanto la demanda de vapor como el consumo de combustible. Sin embargo, el estado de fallo abierto rara vez provoca una fuga visible o una parada inmediata de la producción. A diferencia de lo que ocurre con una fuga de vapor, en la que el vapor se escapa a la atmósfera desde una tubería, los purgadores de condensado con fallo abierto descargan el vapor en sistemas cerrados. Por lo tanto, las pérdidas no son visibles. A esto se suma que los purgadores suelen encontrarse en lugares de difícil acceso. Por ello, la pérdida de vapor a menudo no se detecta hasta que se realiza una inspección específica.

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Si un purgador de condensados falla estando en posición cerrada, el condensado ya no se evacua correctamente. Como consecuencia, puede acumularse en intercambiadores de calor, instalaciones de proceso o conductos de vapor. La transferencia de calor se ve afectada negativamente, la potencia calorífica disminuye y la temperatura del proceso puede volverse inestable. Dependiendo de la aplicación, esto puede alargar la duración del proceso y afectar al rendimiento de la producción y a la calidad del producto. Además, la acumulación de condensado dificulta el control de la temperatura.

«Dado que el sistema suele seguir suministrando calor y vapor a pesar de que los purgadores mecánicos estén averiados, los operadores pueden pasar por alto fácilmente el problema y pensar que, al no haber daños, tampoco es necesario tomar medidas», advierte Nigel Egginton.

Sin embargo, en ambos tipos de averías se aplica lo siguiente: pueden tener graves consecuencias. Entre ellas se encuentran, por ejemplo, los golpes de ariete. Las sacudidas de presión que se producen dañan las tuberías, las uniones o las válvulas y aumentan la probabilidad de que se produzcan fugas y daños estructurales.

Índices de averías: ¿desgaste normal o señal de alarma?

En el mantenimiento convencional, los purgadores de condensado suelen considerarse piezas de desgaste debido a las condiciones de funcionamiento extremas. Si bien la carcasa de un purgador de condensado suele durar tanto como la tubería, los mecanismos internos, como las válvulas y los asientos de válvula, están diseñados para ser desmontados y sustituidos. Sin embargo, en opinión de Nigel Egginton, los operadores deberían «cuestionar y analizar también la frecuencia de este desgaste, especialmente cuando se produce una avería prematura».

La documentación de los fabricantes de purgadores de condensado mecánicos indica índices de averías anuales de hasta el 10 %. Sin embargo, en la práctica, afortunadamente, la mayoría de las instalaciones no presentan un índice de averías del 10 %. Una excepción suelen ser las instalaciones en las que no se realizan revisiones periódicas: En estos casos, entre el 15 y el 30 por ciento de todos los purgadores de condensado mecánicos instalados, o incluso más, pueden fallar al año. Algunos modelos concretos alcanzan, en algunos casos, índices de averías aún más elevados. Así, en los purgadores de condensado termodinámicos se observan, en ocasiones, valores de alrededor del 40 por ciento.

Por qué las pequeñas averías se convierten en un problema de mantenimiento

Un elevado número de averías en los purgadores de condensado aumenta el esfuerzo de mantenimiento y puede provocar que una empresa pase de un mantenimiento preventivo a uno reactivo. «En este modo, las reparaciones se suelen realizar con prisas, son menos eficientes y generan mayores costes», explica Nigel Egginton. Y añade: «Operar hasta que se produzca una avería conduce a un ciclo continuo de reparaciones de emergencia, en el que las averías no se subsanan hasta que ya han afectado al rendimiento o han causado daños».

En algunos casos se toleran altas tasas de averías porque se consideran una «carga fantasma». Se trata de una demanda adicional oculta y aceptada del sistema de calderas, que se considera parte del funcionamiento normal. Si se reparan todos los purgadores de condensado averiados, puede resultar que la potencia actual de la caldera sea superior a la necesaria para la carga real del sistema. Por lo tanto, se genera más vapor del necesario para compensar la carga adicional que se produce debido a las pérdidas en los purgadores de condensado mecánicos. Por el contrario, la sustitución de un número limitado de purgadores suele considerarse simplemente un gasto de mantenimiento anual de baja prioridad.

Dado que las tasas de averías pueden ser considerables, sobre todo en sistemas desatendidos, muchas instalaciones requieren inspecciones anuales, trimestrales o incluso continuas, por ejemplo, mediante pruebas de ultrasonidos o termografía. Esto supone una carga adicional para los equipos de mantenimiento y inmoviliza recursos humanos y materiales.

Los costes reales van más allá de la pérdida de vapor

Algunas empresas siguen considerando las revisiones periódicas de los purgadores de condensado como un gasto molesto y no como una medida de mantenimiento preventivo con un claro potencial de ahorro. Sin embargo, los costes reales de una avería suelen ser más elevados de lo que se supone en un principio: los operadores suelen calcular únicamente los costes directos del vapor que se escapa. Por el contrario, no siempre se tienen en cuenta los elevados costes ocultos, como las ineficiencias operativas, el deterioro acelerado de las instalaciones y un mayor gasto en mantenimiento.

En este contexto, la mayoría de los operadores de instalaciones de vapor mantienen amplias existencias de piezas de recambio o de purgadores mecánicos completos. Los costes de estas existencias y las cargas administrativas asociadas —entre ellas, la gestión de existencias, las compras y el control físico del almacén— rara vez se tienen en cuenta a la hora de calcular los costes totales de explotación. En algunos casos, esto puede suponer un aumento de entre el 20 y el 30 por ciento en los costes operativos relacionados con los sistemas de vapor.

Dado que las inspecciones suelen realizarse solo una vez al año, un purgador de condensados que falle inmediatamente después de una inspección puede dejar escapar vapor fresco durante hasta doce meses antes de que se detecte el fallo. Por lo tanto, las consecuencias económicas pueden ser considerables. Un solo purgador de condensados que se quede abierto, con una abertura de 3 milímetros, puede generar unos costes anuales de más de 6.000 euros. En algunas aplicaciones industriales, los costes superan incluso los 10.000 euros al año por cada purgador de condensados.

«Si a las pérdidas de energía se suman el desgaste prematuro de los componentes posteriores de la instalación, unos mayores costes de mantenimiento y una elevada dotación de personal, las averías no detectadas de los purgadores de condensado se cuentan entre los problemas de mantenimiento más costosos de un sistema de vapor», advierte Nigel Egginton.

El principio de diseño que subyace a las averías recurrentes

«Estas averías se deben casi exclusivamente al diseño, ya que los purgadores mecánicos de condensado se basan en un principio de purga “físico”, a diferencia de otros sistemas que funcionan según principios “estáticos” o “termodinámicos”», afirma Nigel Egginton.

En su opinión, una mejor supervisión no resuelve el problema, sino que solo ayuda a limitar sus efectos. Los operadores deben seguir reparando o sustituyendo los purgadores de condensado mecánicos y, además, mantener en buen estado el propio sistema de supervisión.

«La única solución duradera para los problemas con los purgadores de condensado consiste en eliminar por completo los purgadores mecánicos del sistema. De este modo, también se eliminan todas las medidas complementarias necesarias para el mantenimiento de los purgadores mecánicos», explica Nigel Egginton.

Según Egginton, la alternativa consiste en utilizar purgadores de condensado con boquilla Venturi que no requieren mantenimiento. La tecnología Venturi modifica el principio de diseño al prescindir de piezas móviles y evacuar el condensado de forma continua. Por lo tanto, el cambio de los purgadores mecánicos a una evacuación continua del condensado puede mejorar considerablemente la fiabilidad y la vida útil.