Válvula ‘full-bore’ para cierre del tiro de chimeneas

Chimenea con silenciador sin válvula.

Es en la orden TED/268/2024, publicada con fecha 20 de marzo en el Boletín Oficial del Estado, donde queda patente –una vez más– el absoluto compromiso de España con la eficiencia energética y con el cumplimiento de las directivas de la Unión Europea en esta materia.

De igual modo, la Directiva (UE) 2023/1791 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 13 de septiembre de 2023, relativa a la eficiencia energética y por la que se modifica el Reglamento (UE) 2023/955, viene a reforzar el marco común para el fomento de la eficiencia energética dentro de la Unión Europea. De este modo y según el artículo 8 de la citada directiva, cada Estado miembro debe alcanzar una cantidad de ahorro acumulado de energía final en el periodo 2021-2030. En cumplimiento de esta obligación, España debe alcanzar un ahorro acumulado un 44% superior al objetivo establecido por la anterior directiva de eficiencia energética para el mismo periodo.

Así las cosas, totalmente inmersos en esta nueva era donde la gestión sostenible de los escasos recursos naturales existentes se ha convertido en el vector principal para la preservación de los ecosistemas naturales, como única forma de garantizar la prosperidad de las futuras generaciones, no puede sino ser un objetivo prioritario como sociedad tanto el optimizar la eficiencia energética de todas y cada una de las instalaciones ya existentes, como garantizar la máxima eficiencia de las de nueva construcción.

Y si bien durante estos años se han realizado grandes avances en aras de electrificar todos aquellos procesos térmicos que requieren del uso de bajas temperaturas, aún existe un volumen muy importante de productos que utilizamos de manera cotidiana en nuestro día a día que requieren necesariamente para su manufactura de un uso intensivo de calor a altas o muy altas temperaturas.

Históricamente y, de una forma genérica, a estas industrias se las viene catalogando como 'calor-intensivas', siendo algunos ejemplos relevantes: las fábricas de producción de vidrio, aluminio, cerámica, cemento, metalurgia, fabricación de neumáticos, refino… Así como todas aquellas otras que requieren de procesos de esterilización a muy alta temperatura como son por ejemplo la alimentaria (procesos UHT), la farmacéutica…

Asimismo, en aras de esbozar un panorama realista que nos permita vislumbrar la verdadera envergadura de tamaño desafío, es muy importante no perder tampoco de vista el nexo común que une a todas estas industrias mencionadas. Puesto que todas ellas tienden a vincular sus horas de funcionamiento a la demanda final consolidada, a fin de minimizar el estocaje en sus almacenes (producción 'just in time').

Es precisamente bajo este escenario de alto ciclado térmico, cuando están apareciendo problemáticas muy severas en las instalaciones que actualmente se encuentran operativas. Las cuales están directamente correlacionadas con el estrés térmico que supone para los materiales la acumulación de tantos arranque y paradas en las calderas (ya sean éstas pirotubulares o acuotubulares).

Chimenea con válvula cerrada.

Por otro lado, desde el punto de vista normativo, es tan crítico el cumplimiento estricto de la normativa actualmente vigente, como restrictiva su actual redacción a la hora de realizar modificaciones sustanciales sobre las chimeneas y/o instalaciones ya existentes.

Es por esto que en un entorno tan regulado y competitivo como el que actualmente se está viviendo dentro del sector energético (y, más concretamente, dentro del campo del mantenimiento y de la construcción de calderas de combustión térmica), supone todo un reto el plantear soluciones factibles y competitivas que impidan su degradación estructural y, a la vez, permitan mejorar la eficiencia térmica de los procesos industriales a los cuales brindan su muy necesario servicio.

En este contexto, frente a las soluciones históricas basadas en válvulas tipo dámper¹ que, como buenas prácticas ingenieriles, se han venido planteando durante las fases de diseño y construcción para algunas instalaciones con problemáticas muy particulares, la novedosa solución que se propone en la patente con Nº de referencia P202331051 es una válvula de paso total (full-bore), cuya principal característica es que permite el paso total y sin restricciones del flujo de gases cuando el proceso se encuentra en operación. A la vez que cierra el tiro natural cuando la caldera está parada. Para este fin, dispone de un conjunto de actuadores que, a su vez, despliegan unos segmentos de geometría bien definida y estudiada cuando la instalación se para.

Y si bien esta solución patentada se puede implementar en todo tipo de chimeneas, el reto más desafiante lo presentan aquellas chimeneas de gran diámetro y grandes caudales donde los gases de escape pueden superar fácilmente los 80 km/h.

Puesto que en estos casos se puede aprovechar el resalte que supone la presencia del silenciador ya instalado por normativa en la chimenea, de manera que cuando la válvula está plegada se oculta completamente en el área circular que propicia este elemento.

De este modo, al posibilitar el paso total del flujo de gases de combustión, no se producen ni pérdidas de carga, ni sobrepresiones durante la operación normal de la caldera.

El diseño y distribución de las lamas de cierre permite que se oculten completamente cuando la válvula está abierta y que, al mismo tiempo la obstrucción al paso del flujo de aire sea total.

Más aún, al mejorar la eficiencia global de la caldera, también tiene un impacto positivo doble sobre el medio ambiente, puesto que:

Minimiza las pérdidas de presión y temperatura de los fluidos en el interior de la caldera. De este modo se ahorra combustible y se reduce el tiempo que se tarda en alcanzar los valores nominales de proceso durante los arranques.

Reduce la fatiga térmica de los materiales, lo que a su vez reduce el riesgo de paradas de larga duración por pinchazos de los tubos de la caldera.

Esto tiene un impacto muy positivo en la reducción de costes por mantenimiento, a la par que mejora las horas de disponibilidad de los procesos.

Se puede utilizar en todas aquellas instalaciones donde ya existe una caldera térmica con producción de gases. Siendo una solución óptima tanto desde el punto de vista funcional como desde el punto de vista normativo para aquellas calderas que generan grandes caudales de gases durante su combustión.

Ejemplos de chimenea con válvula abierta sin restricción de flujo.

Algunas de las ventajas técnicas a destacar de este diseño son:

• Posibilidad de cierre del tiro natural de la caldera (actuando a nivel de chimenea) cuando ésta se encuentra parada
• De este modo se evita el rápido enfriamiento de los metales en el interior de la caldera (reduciendo el estrés térmico de la misma) y minimizando de este modo el tiempo de arranque (tiempo de adaptación a la curva de caldeo de la caldera) frente a paradas de duración controlada.
• Solución adaptable a cualquier diámetro de la chimenea
• Peso muy reducido del dispositivo frente al estado del arte actual:
• Esta característica es muy importante a la hora de considerar su afección sobre la cimentación, cubiertas, estructuras e incluso sobre la potencial afección al desplazamiento del centro de gravedad de la chimenea.
• Fácil adaptación y montaje del dispositivo:
• propiciando periodos de muy baja indisponibilidad del proceso industrial al cual presta su servicio la caldera.
• Cero restricciones en el paso de fluidos: Sin riesgo de generar sobrepresiones en el conducto ni en el equipo principal, no debe precisar adecuación ni adaptación frente al Reglamento de equipos a presión (normativa REP según RD 809/2021).
• Bajo mantenimiento y fácilmente reparable in situ una vez instalada. Partes removibles e intercambiables: Grado de cumplimiento 100%
• Posibilidad de accionamiento eléctrico o neumático.
• Resistente a altas temperaturas de gases de escape
• Solución robusta y versátil implementable de forma sencilla en conductos de difícil acceso ya construidos:
• Avance de válvula pequeño.
• Muy reducida pérdida de carga en estado de válvula completamente abierta
• Preservación del equipo principal frente a meteoros climatológicos, o bien frente a suciedad y/o avifauna.
• Aunque inicialmente pensada para un control todo-nada también permite una regulación isoporcentual suave para otro tipo de aplicaciones.

¹Válvula Dámper: conjunto de válvula-actuador de gran tamaño que, instalado en algún punto de la chimenea, cierra el tiro natural de la caldera posibilitando su embotellamiento efectivo y evitando así un rápido enfriamiento de la misma por convección.