Manual 3 - Sistema de Seguridad en Calderas

4. CONTROL DE PRESION EN CALDERAS Este sistema de seguridad es el encargado de mantener los valores de presión constantes de forma automática en un sistema de vapor, mediante el uso de controles, que limitan la presión de acuerdo a una regulación y necesidades particulares de cada usuario domestico o industrial. Dentro de los accesorios mas utilizados en el control de la presión tenemos: 

PRESOSTATOS.- Son controles que abren o cierran un circuito eléctrico (NC), en forma automática, al detectar cambios de presión en el sistema. Se les conoce también como limitadores de presión, es recomendable que toda caldera cuente con un control automático de presión, incluso de acuerdo a recomendaciones ASME, en calderas con potencias de 100 a mas BHP se recomienda el uso de doble presostato en un circuito en serie, de tal forma que si la operación de uno de ellos se ve alterada, el otro control pueda suplir esa deficiencia y controlar el sistema. Entre los modelos más comunes encontramos los de ampolla de mercurio y los de contactos. Presostatos de ampolla de mercurio.- Son ampliamente conocidos y utilizados en calderas y sistemas de vapor, por su alta confiabilidad, variedad de rangos de operación y facilidad para su regulación de la presión de operación. Son disponibles en modelos hasta 150 Psi y 300 Psi.

Su funcionamiento es electromecánico, a través de un diafragma ubicado en la conexión inferior, detecta la señal de presión y acciona un mecanismo, previamente regulado con un resorte cuya tensión corresponde al valor de presión que queremos controlar, este mecanismo va inclinando la ampolla de mercurio hasta que el mercurio deja de hacer el contacto eléctrico, desconectando el sistema. La reposición es automática cuando baja la presión. Su forma típica de instalación es:

En la siguiente grafica vemos el corte esquemático de un presostato con reset. El reset se utiliza como una seguridad complementaria, en el caso de que se necesite que el sistema quede enclavado después del corte por presión, el operador del equipo deberá accionar el reset para activar nuevamente el circuito. Este modelo se usa generalmente en calderas con dos presostatos, como presostato auxiliar de seguridad, por tanto su acción estará limitada solo para cuando se presente una falla en el presostato principal.

Presostatos de contactos.- Son controles para el control de la presión con un mecanismo similar a los presostatos de ampolla, pero en este modelo los contactos eléctricos son del tipo convencional y no de mercurio.

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TRANSMISORES DE PRESIÓN.Actualmente en calderas de procedencia europea es bastante común encontrar controles de presión de este tipo, son transmisores que trabajan con señales de 4-20 mA y en complemento con un microprocesador o PLC, que es finalmente el que recibe la señal de presión convertida y controla las funciones de modulación o corte por presión, sin embargo siempre es recomendable adicionar en el circuito un presostato complementario para garantizar seguridad en el manejo de la presión del equipo.

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VÁLVULAS DE SEGURIDAD. Las válvulas de seguridad son elementos de control de sobre presión en un sistema, de acuerdo a lo explicado siempre debemos tener control de forma automática sobre la presión, sin embargo también son susceptibles a fallas de operación, por tanto debemos considerar una sobre protección en nuestro sistema que asegure la protección de nuestro equipo en caso de un exceso de presión. Las válvulas de seguridad se accionan a determinada presión de trabajo, previamente regulada, desalojando cierta cantidad de vapor. De acuerdo al código ASME la regulación de la válvula debe ser 6% sobre la presión de trabajo del equipo. Asimismo establece que en calderas de 100 o mas BHP se deberán utilizar 2 válvulas de seguridad. En la practica vamos a encontrar variedad de marcas de válvulas, pero todas tienen básicamente el mismo principio de funcionamiento, en el corte interno de la válvula podemos apreciar que esta compuesta por un asiento hermético, y un resorte central de una determinada tensión de acuerdo a la presión de trabajo.

Las válvulas vienen calibradas de fabrica para una determinada presión de trabajo, la misma que debe estar inscrita en la placa del fabricante, vienen en variedad de presiones y para diferentes tipos de fluidos, pero es de nuestra responsabilidad recalibrar la válvula de acuerdo a nuestras

necesidades, por ejemplo, en nuestro equipo viene instalada una válvula para 150 PSI de trabajo, pero nuestra necesidad de presión son solamente 60 PSI, por tanto debemos recalibrar la válvula a un valor en el cual proteja nuestro sistema ante una sobre presión, de lo contrario en caso de presentarse un problema, la presión seguirá subiendo hasta la presión de disparo de la válvula es decir 150 Psi. Estas labores de recalibracion de una válvula de seguridad deberán ser encargadas a empresas calificadas, que acrediten su trabajo y nos emitan un certificado de calibración a la presión solicitada. Generalmente la calibración de las válvulas de seguridad ser realizan con aire comprimido. Es recomendable comprobar la operación de las válvulas de seguridad de nuestro equipo, aperturandola manualmente a través de la manija de accionamiento, esta tarea deberá realizarse con cuidado y tomando las precauciones del caso. Las calderas vienen con sus respectivas válvulas de seguridad de acuerdo a la capacidad de la caldera, pero si en algún momento es necesario reemplazar esta válvula, necesitaremos los siguientes datos para la selección de la válvula. 1.- Diámetro de la válvula. 2.- Presión de operación de nuestro equipo. 3.- Fluido de operación: Vapor, agua caliente, incluso aire comprimido etc.

5. CONTROL DE FLAMA EN CALDEROS Los controles de llama o controles de combustión son elementos de seguridad y control que tienen por finalidad el control automático de la combustión en un caldero. Es conocido por

todos nosotros que en la actualidad los sistemas manuales de combustión están en desuso y por el contrario todos los usuarios de equipos térmicos buscan seguridad y eficiencia. Antes de tratar el tema de los principales controles de combustión, empezaremos con algunas definiciones de quemadores y sus tipos de acuerdo al combustible y sus principales funciones. El sistema de manejo de combustible esta compuesto por elementos funcionales indispensables para una optima operación de transporte del combustible a la zona de quema a condiciones especiales de temperatura y presión. Estos elementos deben funcionar correctamente, pues manejan líquidos o gases inflamables, que pueden causar un accidente. Componen un sistema de manejo de combustible: Filtro: Protección de cuerpos extraños. Bomba: Mecanismo de transporte. Precalentador eléctrico y a gas: Elevar la temperatura de combustibles líquidos. Vaporizadores: Mantener la provisión de gas GLP bajo sus mismas condiciones todo el tiempo. Válvula desaireadora: Sacar el aire en el precalentador eléctrico. Válvula termostática: Localizada a la entrada del calentador de vapor, si baja la temperatura del combustible se abre. Válvula Reductora: Reduce la presión de vapor de la línea al precalentador según lo requerido por este. Trampa: Desalojar los condensados a la salida del precalentador.

Manómetro y termómetro: Se instalan después del filtro y muestran presión de atomización y temperatura.

Válvula Moduladora de combustible: Regula la presión y la cantidad de combustible al quemador principal.

Válvulas Solenoides: Abren y cierran el flujo de combustible.

QUEMADOR. Es el dispositivo que se utiliza para efectuar la mezcla aire-combustible y realizar la combustión. Partes básicas de los quemadores y controles de automatización para su operación: 

Ventilador.- Es el encargado de proveer aire para la combustión, acoplado a un motor eléctrico de alta velocidad (3,450 RPM).

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Transformador de ignición.- Son transformadores que elevan la tensión de trabajo hasta valores de 10000 voltios, con la finalidad de generar un arco eléctrico de gran intensidad para el encendido del combustible.

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Electrodos de ignición.- Están conectados en la salida del transformador de ignición y deben estar aislados del resto del quemador, a través de sus terminales se genera el arco de ignición.

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Control de flama.- Control automático de combustión.

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Motor modutrol.- Son servomotores que se utilizan para la apertura y cierre de los parámetros aire-combustible en quemadores de dos llamas y modulados.

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Presostatos modulantes.- Son presostatos proporcionales a la presión, los cuales tienen en su interior un potenciómetro que al recibir una señal de presión envía una señal proporcional al modutrol, permitiendo la modulación de la llama en la misma relación aire-combustible.

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Controles manuales de modulación: Estos controles son útiles y prácticos, en la operación de quemadores modulantes, y nos permite “desconectar” la acción del presostato modulante y reemplazar sus funciones con el control manual. Es práctico porque permite posicionar el modutrol y en consecuencia la cantidad de llama en cualquier punto del abanico de modulación, lo que no es posible realizar con el presostato, que solo responde a señales de presión.

CLASIFICACIÓN DE LOS QUEMADORES: 5.1 Por el tipo de combustible: Dentro de esta clasificación podemos encontrar: o

Quemadores para Combustibles ligeros .- Diesel 2 y Keroseno

Son quemadores de atomización por presión del combustible a través de una bomba donde se atomiza el combustible con una tobera de acuerdo a la capacidad de la caldera.

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Quemadores para Combustibles pesados: Bunker 4, 5, 6 y Residual 500. Son quemadores que trabajan con una bomba remota complementaria para la inyección de petróleo y una compresora de aire para la atomización del combustible. Este tipo de combustibles necesita un precalentamiento antes de ingresarlo a la cámara de combustión, la temperatura de calentamiento varía de acuerdo a la viscosidad, en este caso el mas difícil de atomizar es el R-500, que es el mas denso, en algunos casos se necesita precalentar hasta 115 ºC para lograr una buena combustión.

c) Quemadores para combustibles gaseosos.- Preparados para combustionar Gas natural o GLP (Gas licuado de petróleo). En este caso no se necesita un sistema de bombeo, solamente la instalación de gas desde los tanques, en el caso de GLP y la instalación desde la ERM para el caso del gas natural, preparados para combustionar Gas natural o GLP (Gas licuado de petróleo). La presión de trabajo de los quemadores de gas varía de acuerdo al tipo de gas y la procedencia del quemador. Los quemadores de procedencia americana trabajan en su mayoría de 6 a 14” H2O y los europeos entre 120-180 mbar.

d) Quemadores duales.- Son quemadores diseñados para trabajar con dos tipos de combustible, las combinaciones pueden ser Diesel/Gas o Bunker /Gas.

5.2 Por las funciones del quemador: Dentro de esta clasificación podemos diferenciar hasta tres categorías: a) Quemadores de una sola llama.- Son quemadores que proveen una cantidad fija de combustible predeterminada durante su operación, pueden ser de petróleo diesel o de gas, en este caso la grafica muestra un quemador de gas.

b) Quemadores de dos llamas Low –Hi- Low.- Son quemadores que pueden adquirir dos posiciones de llama en su funcionamiento, en cada posición hacen ingresar una cantidad diferente de combustible, y trabajan de acuerdo a la carga del sistema, la misma que hace variar la presión, entonces con la adición de un presostato auxiliar y de un motor modutrol se controla el sistema low-hi-low, conectando la llama alta cuando la demanda es alta y regresando a posición baja cuando la demanda disminuye, trabajando de forma alternada de acuerdo a las variaciones de carga del sistema.

c) Quemadores modulados o full modulación.Sistema que permite aumentar o disminuir la generación de vapor, variando la cantidad de combustible en el quemador. Un sistema modulado varia la energía producida por la combustión según la demanda de vapor que los elementos consumidores requieran. Esta modulación debe conservar las proporciones de aire y combustible para lograr una combustión eficiente con bajos niveles de contaminación por residuos.

La secuencia de modulación consiste en: El presostato modulante recibe una señal de presión del vapor. Y envía una señal eléctrica al motor modutrol el mismo que acciona mecánicamente a través de un varillaje el damper o compuerta de ingreso de aire y la válvula moduladora de combustible.

CRITERIOS BÁSICOS PARA LA SELECCIÓN DE QUEMADORES

1. Capacidad del quemador en MBtu/Hr o Gal /Hr. Este dato se puede obtener de:     

La placa del equipo El catalogo del equipo Por el fabricante del equipo Por el área de transferencia de caldera dato en pies2 Por las necesidades de vapor en planta, consumo de vapor en LB/Hr

2. Altura de instalación del equipo, este es un dato que muchos proyectistas ignoran, a continuación se muestra un cuadro de la reducción de concentración de oxigeno de acuerdo a la altura sobre el nivel del mar.