casos de éxito
Control de caudal de vapor a baja carga (0,2–2 kg/h) para una célula piloto de syngas e hidrógeno
Descripción del proyecto
Un centro tecnológico dedicado a la producción de hidrógeno y metano a partir de syngas necesitaba un sistema de vapor capaz de trabajar con caudales muy bajos y una presión constante para garantizar la estabilidad de sus ensayos. Los equipos convencionales no ofrecían la precisión requerida, poniendo en riesgo la reproducibilidad de los resultados experimentales y el correcto desarrollo de los procesos de investigación.
Situación original
¿Qué retos nos planteó el cliente?
Un centro tecnológico de referencia, inmerso en el desarrollo de procesos avanzados de valorización de syngas (gas de síntesis) para la producción de hidrógeno y metano, necesitaba integrar un sistema de suministro de vapor capaz de garantizar condiciones de operación extremadamente estables dentro de una célula piloto de investigación.
El verdadero desafío no estaba en generar vapor, sino en controlarlo. El proceso exigía trabajar con caudales de vapor muy reducidos, de entre 0,2 y 2 kg/h, manteniendo una presión de operación constante de 4 barg. Hablamos de un régimen de carga mínima, en el que la mayoría de los generadores convencionales pierden estabilidad: ciclan, sobrecalientan o entregan un caudal irregular.
Y ahí estaba el riesgo. En la reacción de desplazamiento agua-gas (water-gas shift, CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂), el vapor de agua no es un servicio auxiliar: es un reactivo que transforma el monóxido de carbono del syngas en hidrógeno adicional. Cualquier fluctuación en el caudal de vapor altera directamente la relación H₂/CO, desplaza el equilibrio de la reacción y compromete lo más valioso de una instalación piloto: la reproducibilidad de los resultados experimentales.
Por eso el centro tecnológico no buscaba simplemente un proveedor de equipos, sino un socio especializado en generación, regulación y gestión de vapor en condiciones de baja carga, capaz de aportar conocimiento específico donde un catálogo estándar no llega.
Solución aportada
Solución de vapor desarrollada adhoc por Giconmes
Solución propuesta
Aportamos nuestro know-how en tecnología de vapor para desarrollar una solución específica para los requerimientos de la célula piloto: no un equipo de catálogo, sino un skid de control de caudal de vapor concebido para operar con precisión justo donde otros sistemas pierden estabilidad, en el régimen de baja carga.
El alcance incluyó el diseño, suministro e integración de un conjunto compacto montado sobre bastidor de perfilería de aluminio, con todos los elementos necesarios para una dosificación de vapor estable y repetible:
- Caudalímetro de área variable de alta precisión, seleccionado específicamente para medir caudales mínimos de vapor con fiabilidad en el rango requerido.
- Válvula de control de vapor modulante de accionamiento neumático con posicionador, encargada de regular el caudal de forma continua y suave.
- Armario de control con PLC Siemens S7, fuente de alimentación y maniobra a 24 V DC, totalmente cableado, para la regulación automática del proceso.
- Registro de datos mediante tarjeta microSD, clave para la trazabilidad y la reproducibilidad de los ensayos de I+D.
- Instrumentación y elementos auxiliares necesarios para garantizar la estabilidad operacional, con instalación y pruebas incluidas.
La solución se integró por completo dentro de la célula piloto del centro tecnológico, permitiendo la dosificación controlada de vapor de agua al proceso de reacción con syngas.
El sistema suministrado alimentó de forma estable el vapor necesario para favorecer las reacciones de conversión del syngas (gas de síntesis), orientadas a incrementar la producción de hidrógeno y metano. En este tipo de procesos, el vapor de agua actúa como reactivo: transforma el monóxido de carbono del gas de síntesis en hidrógeno adicional mediante la reacción de desplazamiento agua-gas.
Por eso la precisión en la regulación del vapor resultó determinante: solo un caudal estable y controlado permite asegurar condiciones de ensayo reproducibles y maximizar el rendimiento del proceso en investigación.
Tecnología utilizada
- Skid de control de caudal de vapor diseñado para operación estable en régimen de baja carga
- Caudalímetro de área variable de alta precisión para medición de caudales mínimos de vapor
- Válvula de control de vapor modulante neumática con posicionador para regulación continua del caudal
- PLC Siemens S7 con fuente de alimentación y maniobra a 24 V DC para control automático del proceso
- Sistema de adquisición y registro de datos mediante microSD para trazabilidad de ensayos
- Instrumentación de proceso y elementos auxiliares para garantizar estabilidad y repetibilidad operativa
RETOS
Cumplimos con los requisitos del cliente
La instalación cumplió plenamente los objetivos marcados por el cliente. Entre los principales resultados destacan:
Control estable del caudal de vapor en la ventana de operación requerida (0,2 – 2 kg/h).
Mantenimiento de la presión de operación constante a 4 barg.
Integración satisfactoria con el resto de la célula piloto, con obtención de las condiciones de proceso necesarias para alcanzar los resultados experimentales esperados.
Operación automatizada mediante PLC, con registro de datos para trazabilidad.
Gracias a la combinación de tecnología específica y experiencia en gestión de vapor a baja carga, fue posible ofrecer una solución robusta y fiable para una aplicación de I+D altamente exigente, contribuyendo al desarrollo de tecnologías de producción de hidrógeno y a la transición energética.
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No hay ningún tipo de emisiones contaminantes más allá de las producidas en el proceso de producción eléctrica, por tanto, pueden llegar a ser neutras en función del mix eléctrico. Las calderas eléctricas de vapor son el presente y el futuro.
Perfectamente. Incluso es recomendable para obtener la máxima eficiencia. No hay problema en control remoto siempre que se respete la normativa vigente.
Un generador de vapor es un equipo a presión que junto a la red de tuberías afecta está sometido a control reglamentario e instrucciones técnicas complementarias, según Reglamento publicado en Real Decreto 809/2021, de 21 de septiembre. Su mantenimiento está dividido en una parte de sencillo cumplimiento por parte del propietario:
- Conocer y aplicar las instrucciones del fabricante en lo referente a la utilización, medios de seguridad y mantenimiento.
- No poner en servicio la instalación o impedir el funcionamiento de los equipos a presión si no se cumplen los requisitos del Reglamento.
- Disponer de al menos la siguiente documentación de los equipos a presión mientras estén instalados: Declaración de conformidad, en su caso, instrucciones del fabricante, y si procede, certificado de instalación, junto con otra documentación acreditativa (en su caso, Proyecto de Instalación, acta de la última inspección periódica, certificaciones de reparaciones o modificaciones de los equipos, así como cualquiera otra documentación requerida por la correspondiente instrucción técnica complementaria (ITC) de este reglamento). Respecto a contenidos consultar anexo IV del reglamento. Esta documentación estará a disposición del órgano competente de la comunidad autónoma y de las empresas que efectúen las operaciones de mantenimiento, reparación o inspecciones periódicas.
- Utilizar los equipos a presión dentro de sus límites de funcionamiento previstos por el fabricante y retirarlos del servicio si dejan de disponer de los requisitos de seguridad necesarios.
- Realizar el mantenimiento de las instalaciones, equipos a presión, accesorios de seguridad y dispositivos de control de acuerdo con las condiciones de operación y las instrucciones del fabricante, debiendo examinarlos al menos una vez al año.
- Ordenar la realización de las inspecciones periódicas que les correspondan de acuerdo con lo dispuesto en el artículo 6 del reglamento.
- Disponer y mantener al día un registro de los equipos a presión de las categorías I a IV, del RD 709/2015, de 24 de julio, o asimilados a dichas categorías según artículo 3.2 del reglamento, así como sus instalaciones.
Es conocido que aplicando una fuente de calor al agua, ésta se transforma en vapor a partir del punto de ebullición y a presión atmosférica. A partir de aquí, en función del grado de saturación requerido del vapor para su correcta aplicación, deberemos incrementar la presión con el fin de obtener mayor temperatura. Para cambiar la temperatura y grado de saturación del vapor, siempre deberemos modificar la presión.
Es una unidad de presión equivalente a 1Kg/cm2, a 0,98 atmósferas o 14,50 PSI
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