Idioma:

ÍNDICE

Calentadores a fuego indirecto

Los calentadores a fuego indirecto son perfectamente asimilables al concepto clásico de calderas. La energía producida por la combustión de combustibles líquidos o gaseosos en la caldera, se transfiere a un fluido intermedio transmisor de calor – básicamente agua en forma líquida o gaseosa o fluidos térmicos, que es el encargado de transportar la misma hasta otros equipos – reactores, intercambiadores, etc -, para alimentar al proceso productivo.

Por ello podemos agrupar en este término, las calderas de vapor, de agua caliente y de fluido térmico.

Obviamente sus aplicaciones son infinitas, ya que el calentamiento es indirecto, y el producto final de proceso se calienta por el fluido transmisor de calor en intercambiadores, reactores, platos de prensa, baterías,, etc.

Así podemos considerar:

  • Industria petroquímica
  • Industria alimentaria
  • Industria textil
  • Flexo grafía y huecograbado
  • Lavandería industrial
  • Calentamiento de todo tipo de prensas
  • Industria del automóvil
  • Adhesivos industriales y colas
  • Energía solar
  • Etc, etc

Especificaciones

Características técnicas

Gama de potencias entre 0.1 y 15 MW
Códigos de diseño: AD-2000, DIN 4754, ASME VIII Div. 1
Marcado CE
Presión de diseño: 9 bar
Presión máx. de servicio: 7 bar
Temperatura de diseño: 400º C
Temperatura de servicio: 350º C
Número de serpentines: 2
Pasos efectivos de humos: 3
Rendimiento térmico: 87 – 91% (*)
Calidad material de serpentines: ASTM A106 Gr. B

Ejecuciones opcionales

Ejecución horizontal / vertical
Diferenciales térmicos específicos
Aplicaciones concretas
Comunicación con PC
Temperatura de servicio hasta 400 º C
Puertas frontal y dorsal abatibles para limpieza
Otras presiones de servicio
Recuperación gases combustión
Acabado inox. Pulido

Aplicaciones de un sistema de fluido térmico

Reactores
Calentamiento de asfalto/bitumen
Tanques de almacenamiento
Pinturas
Plástico y caucho
Aceites y grasas
Procesos de secado
Evaporadores
Columnas de destilación
Intercambiadores
Energía Solar
Minería
Prensas
Flexografía y huecograbado
Universidades
Centros de Investigación
Etc…

Esquema de un calentador a fuego indirecto

En la siguiente figura podemos ver la disposición habitual de un calentador de fluido térmico

La ejecución del equipo puede ser horizontal o vertical. El diseño más habitual es de dos serpentines concéntricos (8) y (9), en donde va aumentando el fluido térmico su temperatura al absorber la energía que proporciona por combustión el quemador (1), fijado en la tapa de la caldera (17).

El serpentín interior hace las funciones de contorno de la cámara de combustión (5), estableciendo el diámetro de la misma. La llama del quemador se proyecta desde el quemador hasta dicha cámara, llegando según la regulación de la combustión, a estar al límite de chocar con la solera cerámica – cierre trasero de la cámara de combustión (13) – que delimita la longitud del hogar. Este es el que es llamado coloquialmente, primer paso de humos.

Al llegar a este cierre trasero de la cámara de combustión, los gases cambian de sentido y circulan a elevada velocidad y turbulencia, entre los dos serpentines concéntricos – segundo paso de humos (6) – hasta la tapa delantera, donde vuelven a cambiar nuevamente de sentido hasta su evacuación por la chimenea (14), a través del paso entre el serpentín exterior y la envolvente interior (11) – tercer paso de humos -.

Para conseguir la estanqueidad de este circuito de humos, necesaria para asegurar los rendimientos energéticos de la caldera previstos, existen cierres (13) y (18), que obligan a los gases de combustión a realizar el trayecto inicialmente previsto en el diseño del equipo.

Para favorecer el intercambio térmico, la circulación del fluido térmico es inicialmente por el serpentín exterior para pasar posteriormente al serpentín interior, siendo por tanto un intercambio a contracorriente de temperaturas con respecto a los gases de combustión y consiguiendo unos rendimientos energéticos excelentes

A diferencia de los calentadores a fuego directo, la cámara de combustión queda aquí cerrada por los serpentines concéntricos, que evitan que se alcancen temperaturas elevadas en la envolvente interior (11).

El empleo de hormigón refractario no es por tanto necesario en este tipo de equipos en paredes laterales, sólo en algunos casos y en cantidades pequeñas como apoyo a la solera cerámica de cierre de la cámara de combustión (13).

El aislamiento (10) y (16) acostumbra a ser de lana de roca, suficiente para minimizar las pérdidas estructurales energéticas al ambiente y evitando al mismo tiempo posibles quemaduras por contacto involuntario con la superficie de la caldera.

En los calentadores de vapor, y dado que la envolvente del equipo se halla bañada por agua, también es posible reducir las cantidades de hormigón refractario, aunque en menor medida que en las calderas de fluido térmico, ya que la cámara de combustión debe ser protegida, al no existir serpentines concéntricos que realicen tal función.

Calentador a fuego indirecto

Figura 5.  Calentador a fuego indirecto

Leyenda:

1.- Quemador
2.- Alimentación de combustible
3.- Fluido térmico. Salida a puntos de consumo/instalación
4.- Fluido térmico. Retorno de puntos de consumo/instalación
5.- Cámara de combustión. Gases de combustión, primer paso
6.- Gases de combustión, segundo paso
7.- Gases de combustión, tercer paso
8.- Fluido térmico. Serpentín interior
9.- Fluido térmico. Serpentín exterior
10.- Aislamiento térmico del cuerpo de caldera
11.- Envolvente interior
12.- Base de la caldera
13.- Cierre inferior cámara de combustión. Solera cerámica/hormigón refractario
14.- Chimenea
15.- Salida de gases de combustión
16.- Aislamiento térmico de caldera y de cámara de combustión
17.- Tapa de caldera
18.- Cierre superior de la cámara de combustión

CALENTADOR A FUEGO INDIRECTO VS. FUEGO DIRECTO

Expresiones como calentador a fuego indirecto, caldera de aceito térmico, calentador a fuego indirecto, caldera de fluido térmico, aparecen frecuentemente tanto en el lenguaje habitual en proyectos de ingeniería energética, como cuando realizamos una búsqueda por Internet sobre calderas o métodos de calentamiento.

Su uso en inglés también es muy extendido con conceptos como direct fired heater, indirect fired heater, thermal heater, etc.

Dado que existe un poco de confusión sobre los conceptos que significan estos calificativos, creo que lo más conveniente es empezar este documento con una definición de cada término, para poder posteriormente pasar a comparar ventajas y desventajas de cada elemento y aplicaciones particulares de cada uno de ellos.

Calentador o caldera: Como indica su traducción literal, es un calentador. La fuente de energía puede ser eléctrica, combustibles líquidos o sólidos, gases de recuperación, etc.

No importa si la energía se transfiere al producto de proceso o a un fluido trasmisor de calor. Engloba por tanto una amplia gama de equipos, desde estufas, a calderas domésticas de calefacción o agua caliente, o a calderas industriales, ya sean de vapor o fluido térmico.

Fired Heater: Término que engloba aquellos calentadores – heaters -, en los que la energía es aportada por combustión y es transferida a los fluidos que circulan por unos tubos interiores del equipo. Excepcionalmente, y para aplicaciones muy determinadas – calefacción – la energía puede ser transferida al fluido – aire – de una forma totalmente directa – A partir de esta definición global, podemos diferenciar dos grupos:

  • Calentador a fuego directo: Básicamente podríamos asimilar esta definición, a la de horno. El calor se transfiere directamente al producto de proceso, básicamente hidrocarburos o soluciones químicas. Es por ello, que en las plantas petroquímicas o refinerías de la industria petrolera, se emplea en ocasiones la expresión Process Heater. Según el combustible empleado, nos podemos encontrar con Direct Gas Heater o Direct Fuel Heater
  • Calentador a fuego indirecto: Podríamos considerar los Indirect Fired Heaters, como calderas. La energía producida por la combustión de combustibles líquidos o gaseosos en la caldera, se transfiere a un fluido intermedio transmisor de calor – básicamente agua en forma líquida o gaseosa o fluidos térmicos, que es el encargado de transportar la misma hasta otros equipos – reactores, intercambiadores, etc -, para alimentar al proceso productivo.

Sin embargo, en el lenguaje industrial coloquial se acostumbra a emplear la expresión calentador o caldera, exclusivamente para los calentadores a fuego directo, mientras que para los calentadores a fuego indirecto, se acostumbra a hablar de calentadores o calderas – heaters o boilers en inglés.

Ventajas e inconvenientes

En la tabla adjunta resumimos las principales características de cada tipo de calentadores.

Creemos que es evidente que los calentadores a fuego directo, son equipos especialmente apropiados para operaciones muy específicas, de potencias elevadas y derivadas en su casi totalidad de los procesos propios del sector petroquímico y de refinerías, mientras que los calentadores a fuego indirecto, tienen campos de aplicación muy diversos y variados.

Un calentador a fuego directo es diseñado casi específicamente para una operación determinada, de alta sofisticación técnica.

Un cambio sustancial en las especificaciones del producto u operación, puede convertir al equipo en ineficiente para el nuevo proceso, mientras que los calentadores a fuego indirecto, y debido a la utilización de un fluido transmisor de calor intermedio, las variaciones en los procesos, no afectan en gran medida al equipo calefactor.

ConceptoCalentador a fuego directoCalentador a fuego indirecto
CombustiblesLíquidos y gaseososLíquidos y gaseosos
PotenciasMuy elevadas (>6000 kW hasta 100000 kW)Medias/altas (<8000 kW)
EficienciaSatisfactoriaSatisfactoria
Necesidades de espacioElevadasNormal
Control de la combustiónMuy elevadaNormal
FlexibilidadPocaMuy elevada
ComplejidadElevadaPoca
AplicacionesEspecíficasPrácticamente todas
Coste económicoMuy elevadoModerado


Contacta

Somos eficientes

Orientados a la productividad, ahorro en costes y al respeto por el medio ambiente.

Somos expertos

Más de 40 años de experiencia y 1.500 proyectos en todo el mundo.

Somos de confianza

Más de 1000 clientes de una gran variedad de sectores industriales y de servicios.

He leído y acepto la política de privacidad de este sitio web

Referencias

References | Pirobloc References | Pirobloc References | Pirobloc References | Pirobloc References | Pirobloc References | Pirobloc References | Pirobloc References | Pirobloc References | Pirobloc