casos de éxito
Vapor de precisión para hidrógeno solar: de 25 g/h a 100 g/min
Descripción del proyecto
Un desarrollador de hidrógeno verde necesitaba inyectar vapor como reactivo en un reactor solar, con un control muy preciso de caudal, presión y temperatura. El reto era trabajar entre 25 g/h y 2,5 kg/h mediante una solución flexible y adaptable a la evolución del proyecto.
Situación original
¿Qué retos nos planteó el cliente?
Un desarrollador tecnológico especializado en producción de hidrógeno verde mediante energía solar de concentración se dirigió a Giconmes con un requerimiento poco habitual: inyectar vapor de agua como reactivo en un reactor termoquímico calentado por radiación solar concentrada sobre tubos longitudinales.
Aquí el vapor no es un fluido de servicio, sino un reactivo de proceso. Y ahí residía el verdadero reto: conseguir un control muy preciso y simultáneo de caudal, presión y temperatura, trabajando en caudales extraordinariamente bajos.
Los requisitos partieron de 3 kg/h a 1 barg y 7 kg/h a 3 barg, pero conforme avanzaba la ingeniería del reactor se redujeron drásticamente hasta un mínimo de 25 g/h y un máximo de 2,5 kg/h.
Son valores dos órdenes de magnitud por debajo del rango habitual de un generador de vapor industrial. A esa escala, cualquier equipo convencional de resistencias con calderín queda descartado: la inercia térmica del volumen de agua acumulada impide dosificar con la finura que exige un proceso químico, y las oscilaciones de presión y temperatura asociadas a los ciclos de calentamiento son inasumibles cuando el vapor participa en la reacción.
A esta exigencia se sumaba un condicionante propio de un proyecto de I+D en desarrollo: los valores de diseño seguían evolucionando. El cliente necesitaba un equipo compatible con distintas escalas de trabajo, capaz de acompañar el proyecto sin quedarse corto en la siguiente iteración y, en paralelo, una propuesta que le sirviera como referencia técnica y económica para el dimensionamiento global de la instalación.
Solución aportada
Solución de vapor desarrollada adhoc por Giconmes
Solución propuesta
Giconmes propuso la serie NGV HP, su gama de generadores de vapor de precisión, concebida específicamente para aplicaciones científicas e industriales de baja capacidad donde el vapor debe entregarse con un control estricto de caudal, presión y temperatura.
Un principio de funcionamiento distinto al del generador convencional. La serie NGV HP prescinde del calderín: una bomba de alta resolución dosifica el agua directamente sobre un evaporador, donde la vaporización se produce de forma instantánea al ritmo exacto de entrada de agua.
Al no existir volumen acumulado, desaparece la inercia térmica que impide una dosificación fina, y el caudal de vapor queda determinado directamente por la consigna.
El sistema, gobernado por controlador microprocesado, alcanza así:
- Caudal: rango de control desde 0,1 g/min hasta el 100 % de escala, con precisión de ±1 % en estado estable y ±5 % de escala completa en régimen transitorio. La medición de flujo es independiente de la contrapresión.
- Temperatura: vapor sobrecalentado regulable entre 100 y 200 °C (ampliable a 400 °C), con exactitud de ±2 °C.
- Presión: operación estándar de 1 a 6 bar (abs), con opciones desde vacío hasta 15 o 20 bar (abs).
El vapor generado es puro, sin necesidad de gas portador, y el arranque completo se produce en cinco minutos.
Aunque los caudales de trabajo previstos eran muy bajos, se seleccionó el modelo NGV HP-6000 (6 kW, hasta 100 g/min).
La razón es estratégica más que térmica: dado que el rango de control arranca en 0,1 g/min, el equipo cubre con holgura tanto los 25 g/h iniciales como cualquier escalado posterior del reactor, sin penalizar la precisión en el extremo bajo. El cliente obtiene un único equipo compatible con distintas escalas de trabajo, evitando su sustitución en fases posteriores del proyecto.
El generador incorpora software de control de código abierto en Java y conectividad Modbus TCP de serie (con Modbus RTU, RS232/RS485 y señal analógica 4–20 mA como opciones), lo que permite operarlo y monitorizarlo de forma remota e integrarlo en el sistema de control del reactor.
Los materiales en contacto con el agua son PTFE, acero inoxidable, PEEK y EPDM, y las conexiones son Swagelok®, coherentes con el instrumental habitual de una instalación experimental.
Tecnología utilizada
- Generador de vapor NGV HP-6000 de 6 kW, sin calderín y con vaporización instantánea
- Control microprocesado, software Java y conectividad Modbus TCP
- Conexiones Swagelok® para integración experimental
RETOS
Cumplimos con los requisitos del cliente
La instalación cumplió plenamente los objetivos marcados por el cliente. Entre los principales resultados destacan:
Precisión que hace comparables los ensayos. Vapor dosificado con ±1 % en caudal y ±2 °C en temperatura: la variabilidad del reactivo deja de ser una variable del experimento.
Un solo equipo para todo el proyecto. El rango de 0,1 a 100 g/min cubre tanto la fase experimental actual como los escalados previstos, eliminando el riesgo de sustitución ante nuevas revisiones de las especificaciones.
Respuesta inmediata. Sin masa de agua acumulada, los cambios de consigna son casi instantáneos y el arranque se completa en cinco minutos —clave cuando las campañas de ensayo dependen de la disponibilidad de radiación solar.
Integración directa. Conectividad Modbus TCP y software abierto permiten incorporar el generador al control del reactor sin desarrollos adicionales.
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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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