Calderas de fluido térmico para el secado de tejidos en la industria textil | Pirobloc
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Industria Textil Pirobloc

PROCESOS

Pirobloc ofrece soluciones eficientes y personalizadas para el aporte de calor a distintos tipos de maquinaría utilizadas en la industria téxtil, entre las que destacan:

Túneles de estampación

Calandras

Rodillos

APLICACIONES

En la industrial textil y tintorería se utilizan las denominadas máquinas RAME o Stenters en inglés, el fijado, secado y acabado de los tejidos, para ensancharlos y corregir las distorsiones de la trama. Las máquinas Rame asocian al efecto térmico, una acción mecánica de estirado transversal del tejido o de termofijado del mismo, siendo pues necesario un aporte calorífico al equipo.

Hace unas décadas, este aporte calorífico era indirecto por medio de vapor. Posteriormente irrumpió con fuerza la opción de realizar este aporte indirecto por medio de fluido térmico y posteriormente surgió la opción del calentamiento directo por medio de gases de combustión aportados por quemadores de gas – Direct gas heating -.

Aunque en los últimos años ha surgido también la opción de un calentamiento mixto directo/indirecto con quemadores de gas y fluido térmico, este sistema se aplica exclusivamente para situaciones en donde el suministro de gas no está asegurado que sea fiable y constante.

Evaluaremos las ventajas y desventajas de los sistemas de calentamiento, tanto desde un punto de vista técnico, como de un punto de vista económico.

Calentamiento directo por quemadores de gas

Su esquema de funcionamiento es el mostrado en la Figura 1.

Un quemador (1) combustiona en una cámara (3) ubicada en el interior de la máquina, y los gases de combustión son aspirados por un ventilador (2) a través de un filtro, distribuyéndolos por unos conductos con orificios de distribución (5) que permitan la mayor uniformidad de temperatura posible sobre el tejido que es conducido entre dichos conductos por unas cadenas de arrastre (6). Parte de dichos gases son recirculados (7), mientras que la mayor parte son evacuados por la salida de humos (4).

Existen diferentes “by pass” que permiten recirculaciones a diferentes niveles según las necesidades de producción de la máquina.

Industria Textil - RAME

Figura 1. Maquina RAME con calentamiento directo por quemador de gas

1.- Quemador de gas
2.- Ventilador de aportación/recirculación de gases
3.- Cámara de combustión
4.- Salida de humos
5.- Orificios de distribución de gases
6.- Cadena de arrastre
7.- Recirculación de gases

Ventajas y desventajas del calentamiento directo

Ventajas técnicas

  • Espacio reducido. No es necesaria una instalación general de tuberías, ni el espacio requerido para ubicar una caldera, ni equipos auxiliares.
  • Rapidez de puesta en servicio al no existir un fluido intermedio de intercambio que debe ser calentado previamente

Desventajas técnicas

  1. En general, hay el convencimiento de que un sistema de calentamiento directo, proporciona elevados rendimientos energéticos.

    Aunque el sistema dispone de filtraje de los gases de combustión, debe evitarse por todos los medios la posible presencia de productos inquemados – cenizas -, en dichos gases, que afectarían a la calidad del producto acabado y a la eficiencia energética – combustible utilizado pero no combustionado -.

    Esto obliga necesariamente a combustiones con excesos de aire elevados y por tanto rendimientos moderados, cuando no, bajos, ya que aunque la temperatura de salida de humos no es elevada, el caudal de los mismos es importante y la cantidad de energía expulsada sin aprovechamiento por el producto, importante.

    Aunque es difícil evaluar de una manera global las diferencias de rendimiento, si podemos dar como cifras orientativas las mostradas en la Fig. 2. Así para excesos de aire correctos y normales en combustión con gas natural – 10-20% -, el rendimiento tiene valores del orden del 89-90%. Para excesos de aire más elevados para evitar productos inquemados – como mínimo entre el 50% y el 70% de exceso de aire -, los rendimientos se sitúan en valores del orden del 85-86%-.

    Valores del 80 al 100% de exceso de aire, nos llevarían a rendimientos del 80-83%. Considerar pues unas diferencias de rendimiento del 5-8%, favorables al calentamiento indirecto, creemos es bastante acertado.

    Industria textil - Maquina RAME

    Fig 2.- Rendimiento según exceso de aire para una superfície de intercambio determinada.

    Aunque no es la opción habitual, existe la posibilidad de no trabajar con excesos de aire elevados. Las consecuencias de este método de trabajo, son sin embargo aún peores desde un punto de vista de eficiencia energética.

    En efecto, unos bajos excesos de aire implican por un lado una temperatura de llama elevada –ver Tabla 1 adjunta - y por otro, un bajo coeficiente de transmisión de calor, al ser la velocidad de los gases de combustión baja, por haber caudales bajos.

    Como resultado, la temperatura de dichos gases en salida de humos es muy alta y por tanto el rendimiento energético no es satisfactorio.

    Exceso de aire (%)0102030405060708090100
    Temp.de llama (ºC)154514651400133512701205114010751010945880

    Tabla 1. Temperatura de llama en función del exceso de aire para combustión de gas natural

    Obviamente, una temperatura elevada de llama para excesos de aire bajos, y bajo caudal de gases de combustión, también se encuentra en el calentamiento indirecto. Sin embargo, una de las grandes ventajas del calentamiento directo – espacio reducido -, juega en este caso en contra. La superficie de intercambio no puede ser muy grande, ya que obligaría a aumentar el tamaño de la máquina y se convertiría en una desventaja importante, sino definitiva.

    Por ello, en caso de elevadas temperaturas de llama, esta superficie de intercambio no es capaz de absorber la energía correctamente y la temperatura de humos se incrementa, disminuyendo el rendimiento energético.

    En una caldera, una superficie de intercambio correcta, sin problemas de espacio en aparatos consumidores, permite que los gases de combustión tengan temperaturas moderadas y rendimientos satisfactorios.

    Además, y como ya hemos dicho anteriormente, en este método de trabajo, hay un mayor riesgo de combustible inquemado y por tanto también, una disminución importante de la eficiencia energética deficiente.

  2. El mantenimiento supone un punto crítico.

    Aunque los quemadores de gas no precisan de grandes operaciones de mantenimiento, el gran número de ellos instalados –habitualmente un quemador por cada campo de máquina RAME -, y por tanto el aumento de la posibilidad de averías, así como la importancia de una combustión y ajuste de los mismos adecuada, obliga a prestar especial importancia a este apartado, ya que puede afectar directamente a la fiabilidad de la producción y a su calidad.

    Asimismo un cambio de tejido o condiciones de proceso, recomendaría un reajuste de los parámetros de combustión de los quemadores. Este punto es generalmente obviado y afecta sin duda a la calidad final del producto. Finalmente las operaciones de mantenimiento son sobre equipos incluidos en la máquina RAME, lo que implica una parada de la producción para realizar la mayoría de las operaciones pertinentes.

  3. Obligación de combustible gas con suministro fiable y estable.

    Sólo en determinadas circunstancias este punto es valorable, ya que el suministro de gas es actualmente presente en la mayoría de lugares. Sin embargo, en determinados países o en ubicaciones no urbanas, puede existir este problema.

    El empleo de gas propano o butano en instalaciones individuales, no es una buena alternativa, ya que el coste económico de estos combustibles es más elevado.

  4. Posible amarillamiento del producto – Yellowing -.

    La combustión de gas natural produce NOx que es capaz de reaccionar con la fibra y provocar el amarillamiento. Para evitarlo, debe recurrirse a quemadores de bajo índice de NOx y a ajustes precisos, lo que encarece la implantación del equipo y vuelve a incidir en el apartado de mantenimiento.

Ventajas económicas

Costes de implantación bajos. Al no existir una instalación general de tuberías de transporte de calor.

Desventajas económicas

Según la distribución de las máquinas RAME en la nave de producción, la instalación de gas puede ser compleja y de coste económico elevado.

Calentamiento indirecto por fluido térmico

Su esquema de funcionamiento es el mostrado en la Figura 3.

En un intercambiador (2), el fluido térmico proveniente de la caldera (6a), cede el calor al aire que es aspirado por un ventilador (1) a través de un filtro, y al igual que en el diseño de calentamiento directo, se distribuyen por unos conductos con orificios de distribución (5) para permitir la mayor uniformidad de temperatura posible sobre el tejido que es conducido entre dichos conductos por unas cadenas de arrastre (4). Parte de dichos gases son recirculados (7), mientras que la mayor parte son evacuados por la salida de humos (3).

El fluido térmico una vez cedido el calor al aire, retorna (6b) por la red general a la caldera.

Existen diferentes “by pass” que permiten recirculaciones a diferentes niveles según las necesidades de producción de la máquina.

Industria Textil - Maquina RAME

Figura 3. Maquina RAME con calentamiento indirecto por fluido térmico

1.- Ventilador de aportación/recirculación de aire
2.- Intercambiador fluido térmico/aire
3.- Salida de aire
4.- Cadena de arrastre
5.- Orificios de distribución de gases
6a- Conexionado a red general de fluido térmico. Entrada de fluido desde caldera
6b- Conexionado a red general de fluido térmico. Retorno a caldera
7.- Recirculación de gases

Ventajas y desventajas del calentamiento indirecto

Ventajas técnicas

  1. Flexibilidad de operación. El cambio de tipo de tejido o de proceso, es inmediato, sin necesidad de ajuste de los parámetros de combustión del quemador para conseguir de inmediato los resultados requeridos.

  2. Menor mantenimiento y totalmente centralizado en pocos componentes externos a la máquina. En caso de trabajo en continuo, dichos componentes pueden disponer de sustitutos en “stand by”, que permiten no detener la producción en ningún momento.

  3. Combustible auxiliar. No sólo la posibilidad de un suministro inestable de gas natural puede ser la causa de poder necesitar un combustible auxiliar que permita asegurar la producción

Desventajas técnicas

Tiempo en poner en condiciones de servicio.

Esta desventaja se presenta exclusivamente en equipos que no trabajan en continuo y puede minimizarse manteniendo una temperatura moderada en la instalación aunque las máquinas no se encuentren en producción.

Tenemos que tener presente que con una instalación correctamente aislada, las pérdidas energéticas al optar por esta opción, son mínimas.

Ventajas económicas

Costes de explotación bajos gracias a menor mantenimiento, paradas que no afectan a producción, menor número de componentes críticos, etc.

Desventajas económicas

Costes de implantación elevados en comparación con la opción de calentamiento directo.

Debe en todo caso ser muy cuidadoso en este apartado, ya que algunas de las opciones del calentamiento directo – quemadores de bajo índice de NOx, recuperación de calor de los gases de combustión, etc -, pueden suponer una inversión más elevada.

Conclusión

Por todo lo expuesto hasta ahora, consideramos que las instalaciones de calentamiento directo son las adecuadas para producciones con un número de máquinas RAME no demasiado elevado, de funcionamiento no continuo, con pocas variaciones en las características del tejido o del proceso y con suministro de gas fiable.

Esto minimiza sus desventajas – mantenimiento de muchos quemadores, y además las paradas por dichas operaciones pueden ser realizadas en los momentos que la instalación se encuentre parada, la instalación de gas no será de gran magnitud al existir pocas máquinas, etc -, con unos costes de implantación – sin duda su gran ventaja -, moderados.

Por el contrario, consideramos que las instalaciones de calentamiento indirecto por medio de fluido térmico, son las más adecuadas para procesos productivos de elevada capacidad, con numerosas máquinas RAME en funcionamiento y de producción ininterrumpida – en funcionamiento continuo de 16/24 horas -, ya que el sistema permite asegurar la producción sin paradas por mantenimiento o ajustes, los cambios en el equipo por tipo de tejido son prácticamente inmediatos y no existen demoras en la puesta en servicio, por cuanto la instalación se encuentra siempre operativa, maximizando sus ventajas – eficiencia energética, entretenimiento bajo y externo, etc.

En la Tabla 2 adjunta mostramos un pequeño resumen de lo indicado en este estudio.

Calentamiento directo
por quemadores de gas
Calentamiento indirecto
por fluido térmico
Ventajas (+)EconómicasCostes de implantaciónCostes de explotación
TécnicasEspacio reducido
Rapidez puesta en servicio
Mantenimiento
Trabajo en continuo
Eficiencia energética
Flexibilidad
Desventajas (-)EconómicasOpciones
  • Quemadores NOx
  • Recuperación de calor
Posible instalación de gas compleja
Costes de implantación
TécnicasMantenimiento
Eficiencia energética
Amarillamiento
Dependencia suministro gas
Puesta en servicio en instalaciones no continuas
AplicaciónPocas máquinas RAME
Funcionamiento no continuo
Sin variaciones en condiciones del tejido
Producción elevada
Funcionamiento continuo

Tabla 2. Resumen de ventajas y desventajas de cada sistema



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