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Nuevos tubos para optimar el intercambio térmico en grandes calderas

En cuanto a producción de energía, las calderas de potencia de lignito son de uso muy frecuente en muchos países. Ahora bien, la deposición de partículas de ceniza en la superficie de los tubos del intercambiador de calor trae consigo una pérdida importante de eficacia y el incremento de los gastos de funcionamiento y mantenimiento. Este fenómeno, conocido con el nombre de incrustación, tiene solución sustentada en los haces de tubos innovadores diseñados y probados por un consorcio de universidades e industrias europeas.

Tecnologías industriales

Las calderas de potencia de lignito, como se indica, consumen lignito para la producción, no sólo de energía, sino también de calor o frío. En estas calderas, el sistema de intercambiador de calor reviste vital importancia para eliminar el exceso de calor. Pues bien, se da la circunstancia de que los tubos que componen el termointercambiador se deterioran rápidamente atacados por las incrustaciones. Dicho en pocas palabras, la incrustación es el fenómeno de deposición de partículas de cenizas resultantes de la combustión de lignito sobre las superficies del intercambiador de calor. Reducir a mínimos las incrustaciones en las superficies de los tubos ha sido el objetivo del proyecto de investigación que aquí se expone. La restricción se ha logrado con efectos inmediatos y muy apreciables. El rendimiento global de las calderas se incrementa nada menos que el 90 por ciento si la transferencia de calor se sitúa en el 25 por ciento del índice de incrustación y el 60 por ciento de la caída de presión. Estos porcentajes se basan en la configuración estándar de calderas utilizadas para la producción energética en Grecia. Los socios del proyecto han logrado ajustar una reducción sustancial del índice de incrustación, sustituyendo los tubos tradicionales por disposiciones asimétricas de tubos y tubos no circulares. El diseño de haz de tubos, patentado con el nombre de DDEFORM, ha sido sometido a pruebas numéricas y experimentales. La configuración de los tubos admite más aplicaciones que la estrictamente relativa a las calderas de potencia; también sirve para intercambiadores de calor con fines de refrigeración, como los montados en radiadores para automóviles. En general, la propuesta de configuración encaja ahí donde se pronostiquen condiciones de incrustación o cuando la caída de presión sea un factor determinante. A lo largo del proyecto, los socios han llevado a cabo multitud de investigaciones numéricas y experimentales sobre la reducción de la incrustación, habiendo diseñado nuevos ensayos de incrustación. La alteración de flujo ascendente, la ordenación asimétrica y el empleo de tubos no circulares se estudiaron con el fin de optimar la eficacia de los haces de tubos. Se construyó un bucle experimental destinado a integrarse en el sistema de intercambiadores de calor industriales. Mediante el bucle se midió la deposición de partículas sobre un haz de tubos en línea cilíndrico y un haz de tubos en línea mejorado. La metodología desarrollada dará pie a un análisis detenido de los intercambiadores de calor y filtros en condiciones de incrustación de modo que los fabricantes puedan elegir entre las nuevas configuraciones la que mejor se adapte a sus necesidades de reducción del índice de incrustación. Al uso que haga el sector de producción de energía de los resultados de este proyecto cabe añadir otros muchos sectores de aplicación: la industria del automóvil, para la construcción de unidades de refrigeración de motores, el sector químico, en el que los intercambiadores de calor se exponen a menudo a condiciones extremas de incrustación y, por último, los fabricantes de filtros, que podrán echar mano de los conocimientos adquiridos para resolver el problema inverso, el de captación de partículas.

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