Calentador de agua de alimentación: baja vs. alta presión, TTD y DCA

Usted da mantenimiento a una unidad de cogeneración o a una caldera con turbina de vapor de fabricación japonesa. En el diagrama de balance térmico los calentadores aparecen como 低圧給水加熱器 y 高圧給水加熱器, las líneas de vapor dicen 第1抽気 y 第2抽気, y el manual de operación habla de ドレン y 脱気器. Mientras tanto, la temperatura de salida de un calentador lleva semanas bajando y usted quiere saber si los tubos están sucios o si pasa otra cosa.

Esta guía relaciona esos términos japoneses con los nombres que se usan en planta, explica la diferencia entre los calentadores de agua de alimentación de baja y de alta presión, y muestra cómo calcular el flujo de vapor de extracción. Después revisa los dos indicadores con los que se evalúa el estado de un calentador, la TTD (diferencia terminal de temperatura) y la DCA (aproximación del enfriador de drenes), y qué puede indicar un cambio en cada uno.

Al final encontrará una lista de verificación, preguntas para el proveedor japonés y un correo de ejemplo. Una idea recorre toda la guía: no mezclar la eficiencia del ciclo regenerativo completo con el balance de calor de un solo calentador.

Contenido

1. Términos japoneses de calentadores de agua de alimentación en español
2. ¿Qué es un calentador de agua de alimentación?
3. Calentador de baja presión vs. alta presión: dónde se ubican
4. Por qué el vapor de extracción mejora la eficiencia del ciclo
5. Cálculo del flujo de vapor de extracción
6. TTD y DCA: cómo leer el desempeño del calentador
7. Drenes en cascada y control de nivel
8. Costo, caída de presión y espacio
9. Especificar o reemplazar un calentador: iguale las condiciones
10. Normas que puede encontrar: HEI, ASME y la NOM-020-STPS
11. Lista de verificación: cuando la TTD o la DCA se desvían
12. Preguntas para el proveedor japonés
13. Límites de esta guía
14. Preguntas frecuentes
15. Fuentes

Términos japoneses de calentadores de agua de alimentación en español

La tabla reúne los términos que aparecen en diagramas de balance térmico, DTI (P&ID) y manuales japoneses. La lectura en romaji le permite preguntar por un término por su nombre.

Tabla 1: Términos japoneses y su equivalente en español

El uso puede variar según el fabricante y la planta. Si sus documentos parecen usar un término de otra forma, confirme el significado con el proveedor.

Japonés	Romaji	Español (inglés)
給水加熱器	kyusui kanetsuki	Calentador de agua de alimentación (feedwater heater, FWH)
低圧給水加熱器 / 高圧給水加熱器	teiatsu / koatsu kyusui kanetsuki	Calentador de baja presión (BP, LP) / de alta presión (AP, HP)
抽気（第1抽気、第2抽気…）	chuki (dai-ichi chuki…)	Vapor de extracción (extraction o bleed steam): extracción No. 1, No. 2… Verifique en el diagrama qué número corresponde a la presión más alta.
脱気器	dakkiki	Deareador o desaireador (calentador abierto, de contacto directo)
復水器 / 復水ポンプ	fukusuiki / fukusui ponpu	Condensador / bomba de condensado
給水ポンプ	kyusui ponpu	Bomba de agua de alimentación (BFP)
ドレン	doren	Drenes del calentador (vapor condensado del lado casco)
過熱低減部 / 凝縮部 / ドレン冷却部	kanetsu teigen-bu / gyoshuku-bu / doren reikyaku-bu	Zona de desobrecalentamiento / zona de condensación / zona de enfriamiento de drenes
胴側 / 管側	do-gawa / kan-gawa	Lado casco (coraza) / lado tubos
水室 / 管板 / U字管	suishitsu / kanban / U-ji-kan	Caja de agua (channel) / espejo o placa de tubos (tubesheet) / tubos en U
カスケード（ドレン逆流）	kasukedo (doren gyakuryu)	Drenes en cascada: los drenes pasan del calentador de mayor presión al siguiente de menor presión
非常ドレン	hijo doren	Dren de emergencia (también llamado dren alterno)
ベント	bento	Venteo (para gases no condensables)
再生サイクル / 熱収支	saisei saikuru / netsu shushi	Ciclo regenerativo / balance térmico

TTD y DCA suelen escribirse con letras latinas también en los documentos japoneses. La palabra 逆流 (gyakuryu) significa en general "flujo inverso", por ejemplo agua que regresa por la línea de extracción, así que léala según el contexto.

¿Qué es un calentador de agua de alimentación?

Es un intercambiador de calor que usa vapor extraído de la turbina para precalentar el agua que regresa a la caldera. Sube la temperatura del agua por etapas, de modo que la caldera necesita menos calor del combustible. Un ciclo que devuelve así calor interno al agua de alimentación se llama ciclo regenerativo.

El agua que sale del condensador tiene que presurizarse y calentarse antes de llegar a la caldera. Las bombas se encargan sobre todo de la presión, y los calentadores de la temperatura, con vapor de extracción. Ese vapor se toma de una etapa intermedia de la turbina, mientras todavía se está expandiendo, así que su punto de salida y su presión son distintos de los del vapor de escape que va al condensador.

El calentador cerrado más común es de casco y tubos. El agua de alimentación circula por dentro de los tubos y el vapor de extracción se condensa del lado casco, de manera que el calor pasa a través de la pared del tubo sin que los dos fluidos se mezclen. El vapor condensado sale como drenes y se recupera en otro calentador, en el deareador o en otro punto del sistema.

El deareador también calienta el agua, pero por contacto directo entre vapor y agua. Su función principal es eliminar los gases disueltos, por lo que su construcción y su propósito son distintos a los de un calentador cerrado. Subir la temperatura no basta para completar la desaireación: los gases liberados también deben ventearse.

Calentador de baja presión vs. alta presión: dónde se ubican

Un tren típico de agua de alimentación sigue este orden: condensador, bomba de condensado, calentadores de baja presión, deareador, bomba de agua de alimentación, calentadores de alta presión y caldera. Las plantas reales suelen tener varias etapas de calentadores, cada una alimentada desde un punto de extracción diferente.

Los calentadores de baja presión están por lo general en la línea de condensado, antes del deareador. Los de alta presión están después de la bomba de agua de alimentación y calientan agua que ya va a alta presión rumbo a la caldera. Es decir, "baja" y "alta" se refieren sobre todo a la presión del agua (lado tubos), no solo a la presión del vapor de extracción.

La Figura 1 muestra un tren simplificado. El azul es agua y el naranja, vapor de extracción.

Figura 1: El agua avanza de fría a caliente y cada calentador recibe su propia extracción

Azul: agua. Naranja: vapor de extracción. El sistema de drenes se muestra aparte en la Figura 5.

Esquema simplificado. El número de etapas, el arreglo de tuberías, los puntos de extracción y la ubicación de las bombas cambian de una planta a otra. AP = alta presión, BP = baja presión.

Dentro de un mismo calentador, la presión del agua (lado tubos) y la del vapor (lado casco) no son iguales. Agua a alta presión puede calentarse con vapor de menor presión porque la pared del tubo separa los fluidos y el calor pasa por diferencia de temperatura. En los planos, siga primero la ruta del agua y después revise por separado las presiones de diseño del lado tubos y del lado casco de cada calentador.

Al rastrear el sistema en un DTI, trace primero la línea principal de agua, del condensador a la caldera, como una sola ruta. Luego agregue las líneas de extracción, drenes y venteos. Con ese orden es más difícil confundir la función de cada línea.

No confunda los calentadores con el condensador. Los dos manejan vapor que se condensa, pero el condensador recibe el escape de la turbina, mientras que el calentador calienta el agua que regresa a la caldera.

Dentro de un calentador cerrado: tres zonas

Cuando el vapor de extracción toca el exterior de los tubos, cede calor al agua y se condensa. Al condensarse libera calor latente, así que la carga térmica no puede calcularse solo con el cambio de temperatura del vapor.

El agua entra a una caja de agua, recorre los tubos y regresa a la caja de salida. En un diseño de tubos en U, la entrada y la salida pueden quedar en el mismo espejo, aunque no todos los calentadores usan el mismo arreglo. La Figura 2 muestra el concepto de un calentador con tubos en U.

Figura 2: Un calentador cerrado mantiene separados el lado tubos y el lado casco

Corte conceptual de un calentador de tubos en U. El agua entra por abajo, da la vuelta en los tubos en U y sale por arriba.

Se simplifican el número de tubos, las mamparas de paso y las placas soporte para mostrar la ruta del flujo. No se dibujan las zonas de desobrecalentamiento ni de enfriamiento de drenes.

Muchos calentadores tienen hasta tres zonas. La zona de desobrecalentamiento aprovecha el sobrecalentamiento del vapor de extracción, la zona de condensación usa principalmente el calor que se libera al condensar y la zona de enfriamiento de drenes recupera más calor de los drenes antes de que salgan, para que se lleven menos calor aguas abajo. Un calentador puede tener las tres zonas o solo una o dos.

Como cada zona trabaja distinto, el nivel de agua y el ensuciamiento se reflejan de forma diferente en las temperaturas de salida. Las zonas también definen el límite de la temperatura de salida del agua: con zona de desobrecalentamiento, el agua puede salir más caliente que la temperatura de saturación a la presión del casco.

En una zona de condensación simple, la fuerza que mueve la transferencia de calor es la diferencia entre la temperatura de saturación del vapor y la del agua. Aquí cuentan el área de transferencia y el ensuciamiento.

Por qué el vapor de extracción mejora la eficiencia del ciclo

La ventaja principal del calentamiento regenerativo es que la caldera necesita menos calor, y con eso sube la eficiencia térmica del ciclo. En lugar de calentar con combustible todo el tramo desde el agua fría del condensador, el ciclo usa vapor de extracción para la parte de baja temperatura. Así sube la temperatura promedio a la que la caldera agrega calor.

La extracción tiene un costo: el vapor que sale de la turbina ya no produce trabajo en las etapas siguientes. Ahorrar combustible no significa que también suba la potencia, así que compare la eficiencia tanto por calor suministrado como por trabajo neto.

La eficiencia térmica es el trabajo neto entre el calor que recibe el ciclo. Si parte de un ciclo Rankine básico y agrega la fracción extraída y el trabajo de las bombas, el efecto de la regeneración se ve con claridad. También se entiende por qué más extracción no siempre es mejor: las presiones de extracción, el número de etapas y el aumento de temperatura por etapa se diseñan junto con la turbina y la caldera.

Una temperatura de agua más alta también cambia las condiciones en las superficies de transferencia de la caldera. Mantener las condiciones de diseño del agua de alimentación es importante, pero evalúe por separado el beneficio de reducir las variaciones de temperatura y la mejora en la eficiencia del ciclo.

Precalentar en un calentador de baja presión el agua que entra al deareador reduce el vapor de calentamiento que este necesita. Además, los drenes se recuperan, de modo que el ciclo reutiliza agua y calor. Aun así, cualquier cambio en el flujo de extracción de una etapa debe juzgarse con el balance térmico completo.

Calentador de agua de alimentación vs. economizador

Los dos calientan el agua que entra a la caldera, pero la fuente de calor es distinta. El calentador usa principalmente vapor de extracción de la turbina, y el economizador usa el calor de los gases de combustión de la caldera.

Por eso, al agregar un calentador, evalúelo junto con el lado de gases. Si el agua llega más caliente al economizador, cambia cuánto calor puede recuperar este, así que siga el destino del calor en toda la planta.

Hay precalentadores con nombres parecidos que calientan el agua con vapor externo o calor residual, no con extracción de turbina. En ese caso, deje claros la fuente de calor y el límite de la evaluación, y no los mezcle con el análisis del ciclo regenerativo.

Cálculo del flujo de vapor de extracción

Para un solo calentador, iguale el calor que gana el agua con el calor que cede el vapor de extracción hasta convertirse en drenes. Si expresa el calor de cada corriente como entalpía específica (a partir de presión y temperatura), la condensación queda incluida en el cálculo.

Veamos un ejemplo ficticio. Suponga un flujo de agua de 10 kg/s con entalpías de entrada y salida de 590 y 740 kJ/kg (agua líquida a unos 140 °C y 175 °C, las mismas temperaturas de la Figura 4). Cada kilogramo de agua gana 150 kJ, así que la carga térmica es de 1,500 kJ/s, es decir, 1,500 kW.

Ahora suponga que el vapor de extracción entra con 2,800 kJ/kg (vapor ligeramente sobrecalentado a cerca de 1 MPa absoluto, unos 10.2 kgf/cm² abs.) y que los drenes salen con 610 kJ/kg (líquido a unos 145 °C). Cada kilogramo de vapor cede 2,190 kJ. El flujo de extracción necesario es 1,500 entre 2,190, como muestra la Figura 3.

Figura 3: Divida la carga térmica del agua entre el calor que cede cada kilogramo de vapor

Caso de libro para un calentador cerrado, sin drenes en cascada de otros calentadores y sin pérdidas de calor al ambiente.

(1) Calor requerido del lado del agua

Q = m_w (h_sal − h_ent)

Q = 10 × (740 − 590) = 1,500 kW

(2) Igualarlo al calor del vapor de extracción

m_s = Qh_s − h_d

= 1,5002,800 − 610

= aprox. 0.685 kg/s

Q: carga térmica [kW]; m_w: flujo de agua de alimentación [kg/s]; m_s: flujo de vapor de extracción [kg/s]; h_ent, h_sal: entalpía específica del agua a la entrada y a la salida [kJ/kg]; h_s, h_d: entalpía específica del vapor de extracción a la entrada y de los drenes a la salida [kJ/kg]. Los valores solo ilustran el método y no corresponden a ninguna planta real.

En este ejemplo, el flujo de extracción es cerca del 6.8 % del flujo de agua de alimentación. Eso no equivale necesariamente a la fracción de extracción respecto al vapor principal de la turbina, porque otras extracciones, el agua de repuesto o los drenes que entran a la línea cambian el flujo de referencia.

Los 1,500 kW son calor transferido al agua, no potencia adicional. Restar el trabajo que pierde la turbina y la potencia de las bombas corresponde al cálculo del ciclo completo.

En un cálculo real, tome la entalpía de cada punto de las tablas de vapor, de acuerdo con la presión, la temperatura y la fase. Multiplicar una diferencia de temperatura por el calor específico solo da una estimación aproximada.

Si al calentador llegan drenes en cascada de uno de mayor presión, súmelos al balance como entrada de calor. Suponer que todo el calor viene de vapor de extracción nuevo puede sobrestimar el flujo de extracción necesario.

En una hoja de cálculo, empiece por trazar un límite alrededor del calentador y anotar todas las corrientes que lo cruzan. Después decida si basta la ecuación simple de vapor y agua, o si hay que incluir drenes en cascada y venteos.

TTD y DCA: cómo leer el desempeño del calentador

Que baje la temperatura de salida del agua no significa por sí solo que los tubos estén sucios. Si cambia la presión de extracción, el flujo de agua o la temperatura de entrada, la salida cambia aunque el calentador esté sano. Por eso el desempeño se sigue con dos diferencias de temperatura.

• TTD (terminal temperature difference, diferencia terminal de temperatura) = temperatura de saturación a la presión del casco (vapor de extracción) − temperatura de salida del agua
• DCA (drain cooler approach, aproximación del enfriador de drenes) = temperatura de salida de drenes − temperatura de entrada del agua

Son las definiciones de la ASME PTC 12.1 y de las guías de EPRI sobre monitoreo del heat rate (consumo térmico unitario). Para la temperatura de saturación use la presión absoluta del casco; si la lectura es manométrica, conviértala primero. La Figura 4 muestra dónde se mide cada temperatura, con valores ficticios.

Figura 4: Ubique los puntos de medición para leer TTD y DCA

Valores supuestos: temperatura de saturación 180 °C, agua 140 → 175 °C, salida de drenes 145 °C.

TTD = temperatura de saturación del lado casco − temperatura de salida del agua. DCA = temperatura de salida de drenes − temperatura de entrada del agua. Una diferencia de 5 K equivale a 5 °C. En calentadores con zona de desobrecalentamiento, la TTD puede ser negativa.

En la Figura 4 ambos valores son de 5 K solo para ilustrar las definiciones; 5 K no es un criterio de aceptación para cualquier calentador. Compare las lecturas con los valores de diseño, las condiciones de garantía y los datos del propio calentador cuando estaba en buen estado, a la misma carga.

EPRI indica que los valores esperados de TTD y DCA suelen tomarse del diagrama de balance térmico, y que la ASME PTC 12.1 ofrece un método más riguroso con los datos de diseño del fabricante.

Solo como referencia, una guía de EPRI sobre control de nivel usa una planta de referencia con TTD de 5 °F (3 °C) en todas las cargas, y señala que la DCA debería rondar los 10–15 °F (5–8 °C) a plena carga. Los valores de diseño de su calentador salen de su propio balance térmico y de su hoja de datos.

La DCA indica cómo trabaja la zona de enfriamiento de drenes, así que no aplica igual a un calentador que no la tiene. La definición de la TTD no cambia, pero su valor esperado sí depende de que haya o no zona de desobrecalentamiento, y algunos diseños operan con TTD negativa. Relacione cada indicador con la construcción que muestran los planos.

Qué puede indicar un cambio en la TTD o la DCA

Primero revise si cambió la fuente de calor. Si la temperatura de salida bajó junto con la presión de extracción, la temperatura de saturación del casco también es menor y las condiciones para alcanzar la salida anterior ya cambiaron. Si la TTD subió con presión de extracción y flujo de agua casi iguales, revise la transferencia de calor.

La Tabla 2 resume patrones comunes. Tómelos como pistas para investigar y no como diagnóstico: aunque coincidan varias señales, confirmar la causa requiere resultados de inspección o el historial de química del agua.

Tabla 2: Síntomas, causas posibles y qué revisar

Compare lecturas a la misma carga y en estado estable. Son patrones orientativos; por sí solos no confirman la causa.

Síntoma	Causas posibles	Qué revisar primero
Baja la temperatura de salida y también la presión de extracción	Cambio del lado de la fuente de calor (menor temperatura de saturación en el casco)	Presión de extracción, carga, condiciones de la turbina
Sube la TTD con presión de extracción y flujo estables	Tubos sucios, tubos taponados, nivel demasiado alto (tubos inundados), acumulación de gases no condensables	Indicación de nivel, flujo de venteo, caída de presión del lado tubos
Sube la DCA	Nivel en la entrada de la zona de enfriamiento de drenes o por debajo, lo que deja entrar vapor; flasheo en el enfriador de drenes	Indicación y punto de ajuste del nivel, respuesta de la válvula de control de nivel
Sube la caída de presión del lado tubos y baja el aumento de temperatura	Ensuciamiento o cambio en la ruta del flujo dentro de los tubos	Comparar al mismo flujo; registros de química del agua
Sube el flujo de drenes o la apertura de la válvula de nivel, y el nivel crece rápido	Posible fuga en tubos (agua a alta presión entrando al casco)	Presión lado tubos vs. lado casco, tendencias de nivel y flujo de drenes
Sube el nivel pero los drenes no salen bien	Falla de la válvula de drenes, línea de drenes obstruida, cambio de presión aguas abajo	Respuesta de la válvula, línea de drenes, presión del calentador siguiente

El efecto del nivel en la TTD y la DCA se basa en la guía de EPRI sobre control de nivel de calentadores. Antes de culpar al calentador, revise también la ubicación de las tomas de presión y el error de los termómetros.

Una caída de presión mayor del lado tubos no prueba ensuciamiento si el flujo también subió. Antes de decidir una limpieza o una inspección, compare tendencias dentro del mismo rango de flujo, junto con las temperaturas y los registros de calidad del agua.

Registro para analizar tendencias

Las bitácoras diarias se comparan mejor si la carga, el flujo de agua, cada temperatura, la presión del casco y el nivel se anotan al mismo tiempo. Revise las tendencias antes y después de los cambios de carga, no solo el historial de alarmas.

Agregue a la hoja de registro la hora, la carga y la temperatura de saturación calculada con la presión del casco. Con solo lecturas de termómetros es difícil distinguir un problema de la fuente de calor de uno de transferencia; la presión del casco, junto con el flujo y el nivel, ayuda a separarlos.

Considere el retraso de los instrumentos. No tome los valores leídos justo después de un cambio grande de carga como si fueran de estado estable.

Drenes en cascada y control de nivel

Pasar los drenes de un calentador de mayor presión al siguiente de menor presión, uno tras otro, se llama cascada. El calor de los drenes se reaprovecha aguas abajo, pero hay que controlar la diferencia de presión y el flujo de drenes. Algunas plantas, en cambio, bombean los drenes hacia adelante a la línea de agua de alimentación; verifique qué arreglo tiene la suya.

Cuando drenes de alta presión entran a un calentador de menor presión, una parte puede flashear a vapor. Seleccione y dimensione la tubería y las válvulas de drenes para flujo de dos fases con vapor flash, no solo para líquido.

Si el nivel del casco está demasiado alto, el agua cubre superficie de tubos que debería calentar el vapor al condensarse, y el desempeño baja. En condiciones anormales, el agua también puede regresar por la línea de extracción hasta la turbina, por eso importan las alarmas y protecciones especificadas. La ASME TDP-1 trata este riesgo, llamado ingreso de agua a la turbina (water induction), en centrales que queman combustibles fósiles.

Si el nivel está demasiado bajo, puede entrar vapor a la zona de enfriamiento de drenes y estos no se enfrían como se diseñó. El nivel normal se fija para cada diseño; no hay una altura única que sirva para todos los equipos.

La Figura 5 separa la ruta normal de drenes de la ruta de emergencia en un ejemplo con dos calentadores.

Figura 5: Revise por separado la ruta normal de drenes y la ruta de emergencia

Ejemplo de drenes que pasan del calentador con mayor presión en el casco al calentador vecino con menor presión. El destino de emergencia y las protecciones dependen del diseño de cada planta.

Esquema de rutas de drenes y control de nivel; no representa la posición del haz de tubos ni de las zonas internas. LC = control de nivel. Las condiciones de apertura de la válvula de emergencia, el bypass de agua, el aislamiento de la extracción y otros enclavamientos no pueden deducirse de este esquema.

Si un tubo fuga mientras la presión del lado tubos es mayor que la del casco, el agua entra al casco, el flujo de drenes aumenta y el nivel puede subir rápido. Un nivel alto también puede venir de una válvula de drenes con falla o de una ruta de drenes obstruida, así que siga las protecciones con las que se diseñó la planta.

Normalmente los operadores verifican que el indicador de nivel coincida con la señal del transmisor, que las válvulas respondan y que las condiciones de presión aguas abajo sean normales. No haga pruebas moviendo el nivel a un valor arbitrario durante la operación. Revise en los momentos y con los métodos que fijan los procedimientos de la planta.

El venteo retira los gases no condensables, y su ruta debe revisarse aparte de la de drenes. El gas que se acumula cerca de los tubos bloquea la transferencia de calor, así que no trate el flujo de venteo como una simple pérdida de vapor que hay que reducir al mínimo.

Los problemas de nivel, la baja de temperatura de salida y los cambios en la caída de presión suelen aparecer juntos. En lugar de atender cada uno por separado, reconstruya en orden cronológico qué flujo o qué control cambió primero. Así se pueden delimitar los puntos que requieren inspección.

Costo, caída de presión y espacio

Agregar un calentador suma equipo para recuperar calor y también equipo para manejar el vapor de extracción y los drenes. Al comparar opciones, incluya bombas, válvulas, instrumentos y espacio de mantenimiento, no solo el precio del calentador.

Una planta pequeña no es automáticamente mala candidata, ni una grande automáticamente buena. Las horas de operación, las variaciones de carga, el precio del combustible y la tubería existente cambian el balance entre beneficio y costo.

Mayor costo

La inversión inicial incluye el calentador, soportes, cimentación, aislamiento, tubería de extracción y tubería de drenes. Considere también válvulas e instrumentos para la presión de diseño, y el sistema de control que implementa las protecciones.

En una modificación de planta existente, el tiempo de paro y los trabajos de interconexión también son costos. No cuente como beneficio anual solo el ahorro de combustible; incluya costos de inspección, consumo de servicios auxiliares y tiempo de operación perdido.

Compare sobre una base uniforme, por ejemplo combustible para la misma potencia o potencia neta para el mismo combustible. Comparar datos de operación con cargas o condiciones ambientales distintas lleva a juzgar mal el efecto del calentador.

Más etapas permiten usar el vapor de extracción en escalones de calentamiento más pequeños, pero también suman área de transferencia, tubería e instrumentos. La prueba básica es si la ganancia de una etapa más justifica su costo adicional de construcción y mantenimiento.

Mayor caída de presión del agua

El agua pierde presión en los tubos y las cajas de agua por fricción y cambios de dirección. La selección de la bomba debe cubrir la carga total que requiere el sistema, tubería incluida.

Revise la caída de presión al flujo máximo y en todo el rango esperado de operación, no solo al flujo nominal. Registrar presión de entrada y salida y flujo cuando el calentador está limpio le da una línea base para detectar después ensuciamiento u obstrucción.

Un calentador de mayor presión no tiene por fuerza una caída de presión mayor. El diámetro y número de tubos, la longitud del recorrido y el número de pasos definen la resistencia al flujo, independientemente de la presión de diseño.

Una velocidad menor en los tubos reduce la caída de presión, pero afecta la transferencia de calor y el tamaño del calentador. Evalúe juntos el costo de transferencia y el de bombeo.

Más espacio de instalación

Planee el espacio para inspección y desarmado, además del área que ocupa el calentador. Revise hacia dónde abre la caja de agua, desde dónde se inspeccionan los tubos y, en algunos diseños, el espacio necesario para extraer el haz de tubos.

Si se amontonan válvulas y tuberías alrededor del calentador, quizá alcancen las revisiones de rutina, pero las reparaciones mayores se complican. Revise andamios, izaje y rutas de retiro contra las instrucciones de mantenimiento del fabricante y el arreglo del edificio.

Los calentadores horizontales y verticales difieren no solo en el área que ocupan, sino también en la forma de soporte y la altura libre necesaria. La elevación de los drenes y la resistencia de la línea también cuentan, así que un calentador no se puede colocar en cualquier espacio libre.

Especificar o reemplazar un calentador: iguale las condiciones

Al comparar cotizaciones, dé a todos los proveedores las mismas condiciones de entrada y las mismas condiciones de salida requeridas. Las diferencias en flujo y presión del agua, condiciones del vapor de extracción o drenes que entran cambian el área requerida, los materiales y la capacidad de las válvulas.

Un calentador que cumple el desempeño en el punto nominal puede no desalojar sus drenes en el arranque o a baja carga. Entregue a los proveedores el rango de operación y las condiciones de arranque y paro, y confirme cómo se manejarán los drenes cuando baje la presión de extracción. La Tabla 3 lista los puntos que conviene igualar.

Tabla 3: Iguale condiciones térmicas, de presión y de mantenimiento antes de comparar precios

Puntos donde las especificaciones y las cotizaciones suelen no coincidir, y los documentos que hay que revisar en cada caso.

Punto	Condiciones a igualar	Documentos a revisar
Desempeño térmico	Flujo de agua, condiciones de entrada, condiciones del vapor de extracción, drenes que entran	Balance térmico, punto de garantía, rango de operación
Potencia de bombeo	Caída de presión permitida del lado agua y flujo máximo	Cálculo de caída de presión, plan de carga del sistema
Presión de diseño y materiales	Condiciones de diseño del lado tubos y del lado casco, química del agua	Especificación del equipo, lista de materiales, procedimiento de inspección
Nivel y drenes	Destino normal de drenes, rutas a baja carga y en condiciones anormales	Diagrama del sistema, descripción del control, condiciones de protección
Mantenimiento e instalación	Dirección de apertura, izaje, ruta de retiro, duración del paro	Plano de arreglo, instrucciones de mantenimiento, alcance de trabajo

No generalice a partir de un solo precio de ejemplo. Compare el costo total con la misma garantía de desempeño y el mismo alcance de instalación y mantenimiento.

Acuerde antes de comprar cómo se verificará el desempeño después de la puesta en marcha. Deje en los registros de arranque los puntos de medición de presión y temperatura, las condiciones de los medidores de flujo y el rango de carga que se usará para comparar.

Comparar la temperatura de salida antes y después del reemplazo es una evidencia más débil que comparar la carga térmica o las diferencias de temperatura corregidas a las mismas condiciones. Si también se cambiaron instrumentos, separe su efecto de cualquier cambio en el desempeño del calentador.

Registros de inspección y reparación

Cuando se sospecha una fuga en tubos, relacione la diferencia de presión entre lado tubos y lado casco con los cambios de nivel y de flujo de drenes. La dirección de la fuga puede cambiar con las condiciones de presión, así que no suponga que lo que ve en paro se comporta igual en operación.

Al planear una reparación, revise el material del tubo, el espesor de pared y la ubicación del daño; no se limite a reparar el tubo que fuga. Si el daño se concentra en una zona, busque causas de recurrencia como vibración inducida por el flujo o el estado de los soportes.

La química del agua afecta la superficie de los tubos, así que vincule los análisis de agua de alimentación y de drenes con los registros de mantenimiento. Confirme que las condiciones de tratamiento sean adecuadas para los materiales y no cambie el tratamiento químico solo con base en guías generales de calidad del agua.

Abrir un calentador implica agua caliente y presión residual. Confirme las condiciones de paro, aislamiento, drenado y enfriamiento en los procedimientos de trabajo de la planta. Estas aplican a todos los sistemas conectados (extracción y drenes además del agua de alimentación), no solo al lado tubos.

Las pruebas de desempeño y las inspecciones mecánicas dan información distinta, así que use ambas. Una buena temperatura de salida no prueba la integridad de los tubos; inspeccione las partes a presión según el plan de inspección de la planta.

Guarde en un mismo historial las condiciones de operación, los indicadores de desempeño, los hallazgos de inspección y las reparaciones. Ese registro será la base para definir el área de transferencia y las facilidades de mantenimiento cuando toque reemplazar el calentador.

Normas que puede encontrar: HEI, ASME y la NOM-020-STPS

Fuera de Japón, propietarios e ingenierías suelen referirse a las normas estadounidenses de la lista. Pregunte al proveedor con cuál de ellas, si es el caso, se diseñó o probó el calentador.

• HEI Standards for Closed Feedwater Heaters (HEI 2622, 9.ª edición): norma del Heat Exchange Institute que cubre desempeño, pérdida de presión del lado tubos y diseño mecánico y de materiales. Confirme la edición vigente con HEI o con su distribuidor de normas.
• ASME PTC 12.1-2015, Closed Feedwater Heaters: código de prueba de desempeño para determinar TTD, DCA y las pérdidas de presión del lado tubos y del lado casco. ASME indica la edición 2015 como R2026 (mantenimiento estabilizado). No aplica a calentadores con zona de enfriamiento de drenes de paso parcial.
• ASME TDP-1-2023, Prevention of Water Damage to Steam Turbines Used for Electric Power Generation: Fossil-Fueled Plants: cubre la protección contra el ingreso de agua a la turbina, incluidos los sistemas de aislamiento de calentadores.

Qué código de recipientes a presión aplica al casco y a la caja de agua, y si es el japonés o el ASME, depende del proyecto y del país de instalación. Confírmelo con el proveedor en lugar de suponerlo.

En México, la NOM-020-STPS-2011 aplica en los centros de trabajo donde funcionan recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas, y define el recipiente sujeto a presión como un aparato construido para operar por encima de la presión atmosférica o en vacío. Entre otras cosas, pide un listado actualizado de equipos y un expediente por equipo; según la categoría, también un manual de revisión y pruebas de presión o no destructivas periódicas. La categoría de cada calentador y las obligaciones que le tocan las define la planta con su responsable y, cuando corresponda, con una unidad de verificación; esta guía no sustituye esa evaluación.

Para armar ese expediente suele necesitarse información que solo tiene el fabricante, como la hoja de datos, el código de construcción, los planos, el registro de la prueba hidrostática y la memoria de cálculo. Por eso conviene pedirla al proveedor japonés desde la compra, y en español o inglés.

Lista de verificación: cuando la TTD o la DCA se desvían

Use esta lista antes de pedir un paro o una limpieza.

• ¿Las lecturas son de operación estable y a una carga comparable con la línea base?
• ¿Cambió la presión de extracción? Recalcule la temperatura de saturación con la presión actual del casco.
• ¿Cambió el flujo de agua o su temperatura de entrada?
• ¿Coinciden el indicador de nivel y el transmisor de nivel? ¿El nivel está en su punto de ajuste normal?
• ¿La válvula de control de nivel responde normal y su apertura es distinta a la de la línea base?
• ¿La línea de venteo está abierta y fluye según el diseño?
• ¿Subió la caída de presión del lado tubos al mismo flujo?
• ¿Aumentó el flujo de drenes o se volvió inestable el nivel (posible fuga en tubos)?
• ¿Los termómetros y las tomas de presión están en los mismos puntos que cuando se tomó la línea base, y están calibrados?
• ¿El calentador tiene zona de desobrecalentamiento y zona de enfriamiento de drenes? (Esto cambia lo que significan la TTD y la DCA.)
• ¿Cuáles son la TTD y la DCA de diseño en la hoja de datos o en el balance térmico?

Preguntas para el proveedor japonés

Envíe estas preguntas cuando los documentos que recibió no las respondan.

• ¿Qué zonas tiene cada calentador (desobrecalentamiento, condensación, enfriamiento de drenes)?
• ¿Cuáles son la TTD y la DCA de diseño de cada calentador a carga nominal y a cargas parciales?
• ¿Cuál es el punto de ajuste del nivel normal y cuáles son los niveles de alarma alto, muy alto y bajo?
• ¿A dónde van los drenes normales y los de emergencia, y qué condición abre la válvula de dren de emergencia?
• ¿Qué extracción es la "No. 1" (第1抽気) en sus diagramas: la de mayor o la de menor presión?
• ¿Qué protección evita que entre agua a la turbina por la línea de extracción (aislamiento de la extracción, válvulas de no retorno, disparo por nivel muy alto)?
• ¿Cuáles son las condiciones de operación permitidas si se saca de servicio un calentador (bypass, límite de carga)?
• ¿Los calentadores se diseñaron o probaron con HEI, ASME PTC 12.1 u otra norma?
• ¿Qué material de tubos y qué límites de química del agua aplican?
• ¿Pueden enviar la hoja de datos, el código de construcción, los planos, el registro de prueba hidrostática y la memoria de cálculo para nuestro expediente de recipientes sujetos a presión?

Correo de ejemplo

Escríbalo en el idioma que use con su contacto (con proveedores japoneses suele ser inglés) y adapte las partes entre corchetes a su planta.

Asunto: [Nombre de la planta] Calentador AP No. [X]: TTD/DCA de diseño y ajustes de nivel

Estimado(a) [Nombre]:

En los últimos [periodo], la temperatura de salida del agua del calentador de alta presión No. [X] (高圧給水加熱器) bajó cerca de [valor] °C a [carga] % de carga. La presión de extracción y el flujo de agua están prácticamente igual que en nuestra línea base.

La TTD calculada subió de [valor] K a [valor] K, y la DCA de [valor] K a [valor] K.

Para ayudarnos a encontrar la causa, ¿podría enviarnos lo siguiente?

• TTD y DCA de diseño a [carga] % y a 100 % de carga
• Punto de ajuste del nivel normal y niveles de alarma, con su elevación de referencia
• Si este calentador tiene zona de desobrecalentamiento y zona de enfriamiento de drenes
• Revisiones recomendadas de venteo y control de nivel antes de una inspección interna

Adjuntamos nuestros datos de tendencia. Muchas gracias por su apoyo.

Saludos cordiales,
[Nombre]
[Empresa]

Límites de esta guía

• Todos los números de los ejemplos (flujos, entalpías, temperaturas) son ficticios y solo ilustran los métodos.
• Los patrones de la Tabla 2 son típicos, no seguros. Pueden actuar varias causas a la vez, y confirmarlas requiere resultados de inspección.
• Los valores de TTD y DCA citados de EPRI son solo de referencia. Mandan los valores de diseño de su calentador.
• El arreglo de los calentadores, las zonas, el sistema de drenes y la lógica de protección varían según el fabricante y la planta. Siga los procedimientos de su planta y las instrucciones del proveedor.
• Las decisiones de operación, aislamiento e inspección corresponden a los ingenieros responsables de la planta, conforme a los códigos aplicables y la normativa local, incluida la NOM-020-STPS-2011 en México.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre un calentador de baja presión y uno de alta presión?

Se distinguen sobre todo por la presión del agua de alimentación. En un arreglo típico, los de baja presión están en la línea de condensado antes del deareador, y los de alta presión después de la bomba de agua de alimentación. La presión de extracción del lado casco y la del agua del lado tubos son independientes, así que revise ambas en la especificación.

¿Por qué extraer vapor mejora la eficiencia?

La extracción reduce el trabajo de las últimas etapas de la turbina, pero el precalentamiento también reduce el calor que debe aportar la caldera. Los puntos de extracción y el número de etapas se diseñan para que mejore el cociente entre trabajo neto y calor suministrado.

¿El deareador es un calentador de agua de alimentación?

Sí. En un ciclo regenerativo puede tratarse como un calentador abierto, de contacto directo. Calienta el agua mezclándola con vapor y elimina los gases disueltos, así que, a diferencia de un calentador cerrado, los fluidos sí se mezclan.

¿El agua puede salir más caliente que la temperatura de saturación del vapor de extracción?

Sí, en calentadores con zona de desobrecalentamiento. Esa zona aprovecha el sobrecalentamiento del vapor, de modo que el agua puede superar la temperatura de saturación a la presión del casco y la TTD queda negativa.

¿Una TTD y una DCA más bajas siempre son mejores?

No como regla. Júzguelas contra el diseño del calentador, su construcción y su propia línea base en las mismas condiciones de operación. El valor esperado de la TTD depende en particular de que haya o no zona de desobrecalentamiento, y algunos diseños tienen TTD negativa.

¿La planta puede seguir operando con un calentador fuera de servicio?

Depende del bypass de agua de alimentación, del arreglo de aislamiento de la extracción y de los límites de temperatura de agua de la caldera. Revise en los procedimientos de operación de la planta la carga permitida y los pasos de protección para operar sin ese calentador.

Fuentes

• Definiciones de TTD y DCA, zonas, TTD negativa con zona de desobrecalentamiento: EPRI, "Turbine Cycle Heat Rate Monitoring" (1012220)
• Efecto de un nivel incorrecto en la DCA y la TTD, valores de diseño típicos, ingreso de agua a la turbina: EPRI, guía de control de nivel de calentadores y tanques de drenes (1003472)
• Alcance y estado de la ASME PTC 12.1: ASME, "PTC 12.1 Closed Feedwater Heaters"
• HEI 2622, 9.ª edición: Accuris, HEI Standards for Closed Feedwater Heaters
• ASME TDP-1-2023: ASME, índice de TDP-1-2023
• NOM-020-STPS-2011, recipientes sujetos a presión, recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas: texto de la norma (UNAM, Normatividad de seguridad)
• Ciclo Rankine regenerativo: University of Waterloo, regenerative Rankine cycle
• Mejora del heat rate: EPRI, Heat Rate Improvement Reference Manual
• Señales de fuga en tubos (apertura de la válvula de control de nivel, flujo de drenes): Heat Exchanger World, "Feedwater heater leak detection"
• Modelado de calentadores de agua de alimentación: Argonne National Laboratory, feedwater heater model
• Productos de calentadores de baja y alta presión: Seo Koatsu Kogyo, calentador de baja presión (en japonés); calentador de alta presión (en japonés)