Qué es un sistema de líquido térmico?

El sistema de líquido térmico, está basado en un calentador por medio del cual se calienta un líquido – sin la formación de vapor – manteniéndose en su estado líquido original.

El líquido puede ser agua (HW = Hot Water) o aceite térmico = Calentador de aceite térmico.

Requiere de los siguientes componentes como mínimo:  el calentador de aceite térmico, la bomba y las válvulas especiales para aceite térmico, los usuarios de calor (intercambiadores de calor) y un tanque de expansión.  El sistema de aceite térmico trabaja en circuito cerrado, con temperaturas altas.  El quemador del calentador controla la temperatura a través de la temperatura de salida del mismo (mientras que la temperatura de entrada varía).

Ventajas del aceite térmico:

Altas temperaturas (250 a 350°C) con presiones bajas, lo que nos trae altas capacidades de producción.

    Elimina:    el tratamiento de agua

                    el mantenimiento a trampas de vapor

                    la línea de condensados (corrosión)

Desventajas del aceite térmico:

Una capacidad de calor muy alta en movimiento, que requiere de bombas recirculadoras y válvulas especiales, así como un alto grado de aislamiento térmico.

Degradación con el tiempo del aceite térmico.  No deben existir por ningún motivo fugas de aceite térmico.   Peligro de fuego, contaminación y envenenamiento.  Costo alto del aceite térmico.

Control excesivo necesario del aceite térmico (degradación).

Selección de aceites térmicos:  propiedades y limitaciones.

Existen diversos tipos y  fabricantes de aceites térmicos:  para bajas temperaturas (250°C), medias (310°C) y altas temperaturas (360°C).

La selección correcta, se debe hacer de acuerdo a la temperatura máxima del film y no de acuerdo a la temperatura promedio.

Un calentador multitubular, reparte sus cargas en un múltiplo de tubos en paralelo en forma uniforme.  Su temperatura máxima del film, es menor a la de un calentador de uno o dos tubos en paralelo.   Al acercarse la temperatura máxima recomendada por el fabricante, a la temperatura máxima del film se degrada el aceite térmico, perdiendo su vida, carbonizándose y tapando a los tubos del calentador.   Por lo anterior, un calentador de aceite térmico, requiere del control semestral del estado del aceite térmico.  Cualquier aumento de caída de presión a través del mismo, nos indica el comienzo de la degradación del aceite térmico y por lo consiguiente de una posible carbonización o incrustación del mismo.

Aplicaciones: ...casi ilimitadas:

• Recomendable para procesos que requieran de altas temperaturas y procesos industriales de alta productividad.
• Secado: pinturas, tintas, cerámicas, tabacos, textiles, papel.
• Ramas textiles.
• Fabricación en serie de madera prensada.
• Freideros industriales: papas fritas, etc).
• Reactores químicos.
• Tanques de petróleo.
• Hule, plástico, fibra, etc.
• Generación de vapor sin quemador.

Diseño del Sistema: Circuito cerrado, con Bomba recirculadora, tanque de expansión y válvulas de tres vías.

Un sistema de calentamiento, por medio de un circuito cerrado de aceite térmico, requiere de un control de operación estricto y una selección de materiales completamente técnico profesional.  Sus componentes interactúan entre sí, por lo que la falla de alguno, perjudica al sistema completo.

El circuito cerrado se compone de:

1. Calentador de aceite térmico.
2. Bomba recirculadora de aceite térmico.
3. Control de flujo de aceite térmico.
4. Tanque de expansión de aceite térmico.
5. Aceite térmico.
6. Usuario final o consumidor de energía final. 

A) Calentador de aceite térmico, multitubular de alta eficiencia.  Como su nombre lo dice, es un calentador, por el cual debe circular constantemente el aceite térmico.  El fabricante especifica el flujo mínimo requerido a través del calentador.  Especifica adicionalmente el que se debe instalar un control de flujo, que debe indicar el flujo (medidor de flujo) y que debe tener un switch de control, para mandar apagar al calentador por falta del flujo requerido.  Sin el control de flujo no se debe operar al calentador de aceite ya que, este debe apagar de inmediato por una falla de flujo de aceite térmico.

Una vez instalada la bomba recirculadora de aceite térmico y operando al calentador a la temperatura de salida requerida , se debe llevar un control estricto y diario de la caída de presión a través del calentador de aceite térmico.  El operador deberá tomar lectura del manómetro de entrada y del manómetro de salida.  El diferencial entre ambos, es la caída de presión a través del calentador en condiciones normales de operación.  (Calentador nuevo, sin ningún tipo de incrustación, con aceite térmico nuevo sin degradación).  Esta cifra (Δp diferencial), es la cifra más importante, a ser checada diario e inscrita en bitácora por el operador, del calentador de aceite térmico.  La caída de presión a través del calentador (diferencial de presiones) debe ser siempre la misma.  Si empieza a crecer nos indica, que se están formando incrustaciones dentro de los tubos del calentador y que por lo tanto el líquido térmico ha perdido sus cualidades originales y debe ser cambiado de inmediato.  Cualquier aumento en esta cifra diferencial de presiones, nos debe alarmar ya que el calentador entra en peligro de acortar súbitamente su vida útil.  (El material de los tubos que forman al calentador, debe estar constantemente enfriado por un flujo mínimo de aceite térmico.  Si alguno de los tubos se llega a incrustar, dejará pasar menos flujo de enfriamiento de aceite térmico.  Por falta de flujo de enfriamiento, la incrustación crecerá rápidamente, el material del tubo -acero- se recalentará, cambiando de color, hasta ponerse al rojo vivo, poco antes de su ruptura.  La cifra de caída de presión a través del calentador, debido a las incrustaciones, crecerá rápidamente indicándonos el peligro de la operación con este calentador incrustado.

B) La bomba recirculadora de aceite térmico, debe ser fabricada especialmente para este uso.  Cualquier tipo de falla, cortará al flujo requerido de aceite térmico, o disminuirá el flujo requerido mínimo a través del calentador.

C) El control de flujo, que es a la vez un medidor con control – señal de apagado – bajo un flujo mínimo, protegerá la vida del calentador, detectando cualquier tipo de falla de la bomba recirculadora de aceite térmico.

D) El tanque de expansión, absorbe la expansión del volumen de aceite térmico en recirculación, al aumentar su temperatura.

A su vez un control de nivel en el mismo, con una señal de alarma por bajo nivel, nos indicaría cualquier fuga de aceite térmico, que esté rompiendo la condición elemental de circuito cerrado de aceite térmico.

E) Por último, tenemos al aceite térmico, su selección y los cuidados necesarios requeridos para poder utilizarlo en forma confiable.

Líquidos Térmicos o Aceites:

Existen en el mercado una serie de diferentes marcas de líquidos térmicos.  Los líquidos térmicos fueron introducidos en el mercado en los años 1930.  La composición de los líquidos térmicos está basada en mezclas eutécticas, óxidos de diphenyl, diphenyles, etc.

Los líquidos térmicos (aceites) tienen puntos de ebullición altos, y algunos de ellos, puntos de congelamiento a temperaturas relativamente altas.  Sus usos prácticos se encuentran en la fase líquida en los rangos de 200ºC hasta 300ºC (algunos de ellos hasta 400ºC).

A continuación enlistamos los líquidos térmicos más comúnmente usados en la industria: 

En base a la experiencia, en la práctica, el fabricante recomienda el uso de los siguientes líquidos térmicos:

Calentadores NOTHOLT con circulación forzada:      

Los aceites térmicos tienen una vida útil (aprox. 3 a 5 años).  Normalmente, los que soportan una mayor temperatura son también los que tienen una mayor vida útil en condiciones normales.  (Uno de ellos que se distingue por una vida útil larga es el Therminol 66 de Monsanto).

Se van degradando con el tiempo y uso.  Cuando se degradan, pierden sus características originales, se carbonizan y se incrustan dentro de los tubos, poniendo en peligro la vida útil del calentador de aceite.

Es recomendable llevar a cabo un estricto control sobre la calidad de los mismos, sacando muestras del aceite en circulación constante (no del tanque de expansión) y mandándolas analizar semestralmente con el proveedor del mismo, para que nos indique el grado de pureza del mismo.

Con este control semestral del aceite térmico, se podrá uno percatar de la necesidad del cambio necesario de aceite térmico.

Cuando llega el momento de cambio, será necesario una limpieza total del sistema, eliminando cualquier rasgo de humedad (sopleteo con un gas inerte).

Recordemos que los aceites térmicos no son compatibles entre sí, por lo que no se deben mezclar.

Cualquier residual de carbonización o incrustación dentro del sistema debe ser eliminado cuidadosamente por medio de una limpieza química agresiva con recirculación con una bomba de acero inoxidable por parte de personal especializado y altamente calificado en este tipo de limpiezas.

Un sistema de calentamiento con aceite térmico, para su mejor entendimiento, tiene un comportamiento similar al del cuerpo humano.

El serpentín multitubular de transferencia de calor es similar a las venas y arterias de nuestro cuerpo.  La bomba recirculadora de aceite térmico es el corazón.  El aceite térmico vendría siendo nuestra sangre.  El quemador del calentador junto con su ventilador equivalen al sistema digestivo y respiratorio del cuerpo.