Ante un aumento progresivo en el consumo de combustible en un horno de proceso, las primeras comprobaciones suelen centrarse en los quemadores y el sistema de combustión. Sin embargo, cuando el horno mantiene la carga de proceso y comienza a necesitar más combustible para alcanzar el mismo duty, el origen de la desviación puede encontrarse en otro punto de la instalación.

El sistema de recuperación de calor, y en particular el precalentador de aire (APH), tiene una influencia directa sobre el balance energético del horno. Si deja de recuperar la energía prevista de los gases de combustión, el aire llega a los quemadores a una temperatura inferior a la de diseño y el horno debe compensar esa pérdida mediante un mayor aporte de combustible.

El equipo puede continuar en servicio y mantener la producción mientras su rendimiento se deteriora progresivamente. Por eso, comprobar únicamente que el precalentador está funcionando no permite conocer cuánto calor está recuperando realmente.

El precalentador de aire recupera parte de la energía disponible en los gases de combustión y la utiliza para elevar la temperatura del aire que alimenta la combustión.

Cuando esa recuperación disminuye, el horno recibe aire a una temperatura inferior a la prevista. Para mantener el mismo duty de proceso, debe incrementarse la energía aportada mediante combustible.

La desviación puede manifestarse de forma progresiva. No es necesario que exista un fallo repentino ni que el horno deje de producir. Los sistemas de regulación pueden seguir manteniendo las condiciones requeridas de proceso mientras aumenta el consumo específico de combustible.
Por este motivo, una pérdida de rendimiento del APH puede permanecer oculta durante un periodo prolongado si el análisis se limita a comprobar la producción o la disponibilidad del horno.

La pérdida de rendimiento del sistema de recuperación de calor no debe evaluarse a partir de una única variable. Es la combinación de distintos parámetros la que permite comprobar si el equipo continúa trabajando cerca de sus condiciones de diseño.

Entre las señales que conviene revisar se encuentran:

• Aumento del consumo específico de combustible para una misma carga de proceso.

• Temperatura del aire de combustión inferior a la esperada.

• Cambios en las temperaturas de los gases de combustión.

• Desviaciones en las emisiones.

• Temperaturas de metal de los tubos superiores a las esperadas para una misma carga.

• Variaciones en la pérdida de carga.

• Cambios en la presión o el tiro del horno.

• Desplazamiento del punto de operación de los ventiladores.

La presencia de una de estas señales no identifica por sí sola la causa. El diagnóstico debe considerar el comportamiento conjunto del horno, el precalentador de aire y el sistema de combustión.

La pérdida de rendimiento puede tener distintos orígenes dentro del propio sistema de recuperación.

Fugas entre los circuitos de aire y gases de combustión.

Una comunicación no deseada entre ambos circuitos altera las condiciones de funcionamiento del precalentador y puede modificar tanto el balance térmico como el comportamiento del sistema de combustión.

Por ello, la estanqueidad debe formar parte de cualquier revisión del rendimiento del APH.

Deterioro de juntas y sellados

El estado de juntas y elementos de sellado influye directamente en la capacidad del equipo para mantener separados los diferentes flujos.
Su deterioro puede introducir desviaciones progresivas que no necesariamente provocan una parada del equipo, pero sí reducen su rendimiento.

Ensuciamiento de las superficies de intercambio

Los depósitos sobre las superficies de intercambio reducen la capacidad de recuperación de calor.

El efecto puede observarse tanto en las temperaturas como en el comportamiento hidráulico del sistema, por lo que debe evaluarse junto con las pérdidas de carga y las condiciones reales de operación.

Distribución deficiente del flujo y caminos preferenciales

Una distribución no uniforme del aire o de los gases de combustión puede generar caminos preferenciales y hacer que parte del caudal no aproveche de forma homogénea la superficie de intercambio disponible.
En estos casos, el equipo puede disponer teóricamente de superficie suficiente y, sin embargo, trabajar por debajo de las prestaciones previstas porque parte del haz no recibe las condiciones de flujo para las que fue diseñado.

La pérdida de rendimiento de un precalentador no siempre se manifiesta únicamente como una reducción de la recuperación térmica.

En determinadas situaciones aparece también un aumento de la caída de presión. Esta desviación afecta al tiro disponible y puede desplazar el punto de operación de los ventiladores.

A partir de ese momento, el problema deja de estar limitado al precalentador de aire y comienza a afectar al equilibrio del sistema de combustión.
Por ello, analizar únicamente la temperatura del aire de combustión puede ofrecer una visión incompleta. El diagnóstico debe relacionar temperaturas, pérdidas de carga, presión, tiro, contenido de oxígeno y consumo de combustible.

Esta visión conjunta permite distinguir si la pérdida de eficiencia procede realmente de la combustión o si el origen se encuentra en el sistema encargado de recuperar energía de los gases de combustión.

Esta es una de las principales dificultades para detectar el problema.

Una degradación progresiva del precalentador no tiene por qué provocar una pérdida inmediata de producción. El horno puede mantener el duty requerido porque el sistema compensa la reducción de recuperación térmica mediante un mayor consumo de combustible.

Desde el punto de vista operativo, la instalación continúa funcionando.

Desde el punto de vista energético, sin embargo, las condiciones ya no son las mismas.
Por eso, la disponibilidad del equipo no debe confundirse con su rendimiento. Que un precalentador permanezca en servicio no significa necesariamente que siga recuperando la cantidad de energía para la que fue diseñado.

Cuando se detecta un incremento del consumo o una desviación del comportamiento térmico del horno, la revisión del precalentador debería partir de datos reales de operación.
Entre las principales variables se encuentran:

Temperaturas de aire y gases de combustión

Permiten comprobar si el intercambio térmico continúa produciendo los niveles esperados y detectar desviaciones respecto a las condiciones de referencia.

Pérdidas de carga

Su evolución ayuda a identificar cambios en la distribución del flujo a través del equipo, ensuciamiento o posibles restricciones que afecten al tiro disponible.

Contenido de oxígeno

Debe analizarse junto con el resto de parámetros del sistema de combustión para comprender si se están produciendo cambios en las condiciones de operación.

Presión y tiro del horno

Permiten evaluar si la evolución del precalentador está afectando al equilibrio global del circuito de aire y gases de combustión.

Consumo específico de combustible

Es una de las variables más relevantes para comprobar si el horno necesita progresivamente más energía para mantener una misma carga de proceso.

El valor de estas variables aparece cuando se analizan conjuntamente y se comparan con las condiciones de diseño o con periodos históricos de operación estable.

Cuando aumenta el consumo de combustible, la solución no tiene por qué pasar necesariamente por sustituir el horno o incorporar una nueva tecnología.

En algunos casos, existe una oportunidad de mejora en equipos que ya forman parte de la instalación.

El precalentador de aire es uno de ellos.
Determinar si continúa trabajando según sus condiciones de diseño permite identificar si parte de la pérdida de eficiencia del horno tiene su origen en el sistema de recuperación de calor y valorar las actuaciones necesarias sobre la instalación existente.
Esta revisión resulta especialmente relevante cuando:

• El consumo específico de combustible aumenta sin un cambio equivalente en la carga de proceso.

• Se detectan desviaciones progresivas en las temperaturas de aire o gases de combustión.

• Aumenta la pérdida de carga.

• Cambia el comportamiento del tiro o de los ventiladores.

• Aparecen desviaciones en parámetros de combustión sin una causa evidente en los quemadores.

El objetivo no es analizar el APH de forma aislada, sino determinar cómo está afectando al rendimiento global del horno.

El rendimiento de un horno de proceso no depende únicamente de la combustión, sino del comportamiento conjunto de todos los sistemas que intervienen en su balance energético.

El sistema de recuperación de calor forma parte del balance térmico de la instalación y condiciona la cantidad de combustible necesaria para alcanzar el duty requerido.

Por ello, ante una degradación progresiva de la eficiencia, conviene ampliar el diagnóstico más allá de quemadores y condiciones de llama.

Temperaturas, pérdidas de carga, estanqueidad, distribución de flujo, tiro y consumo específico de combustible permiten comprobar si el precalentador sigue recuperando la energía prevista o si simplemente permanece en funcionamiento.

Identificar esa diferencia permite actuar sobre la causa real del problema y valorar posibles actuaciones de optimización o revamping sobre la instalación existente sin asumir de partida que el horno completo necesita ser sustituido.

AITESA diseña, suministra y desarrolla proyectos de revamping de equipos de recuperación de calor para hornos de proceso.

El análisis parte de las condiciones reales de operación y de su comparación con el comportamiento previsto del equipo, considerando de forma conjunta las variables térmicas, las pérdidas de carga y la integración del APH con el sistema de combustión.

El objetivo es identificar dónde se está perdiendo rendimiento y qué alcance de intervención resulta adecuado para recuperar eficiencia sin comprometer la fiabilidad operativa.

Si el horno mantiene la producción pero aumenta el consumo específico de combustible, cambian las temperaturas o aparecen desviaciones en el tiro y las pérdidas de carga, puede ser necesario revisar el comportamiento del sistema de recuperación de calor.

Puede compartirse con AITESA la información disponible sobre el horno, los quemadores, el precalentador, los ventiladores y las condiciones reales de operación. El equipo técnico analizará los datos iniciales y valorará qué aspectos conviene revisar.