Prof. Ing. Carlos Revilla

Guía de Estudio – Generación de Potencia Tema 3 – Equipos Auxiliares para Calderas

PARTE I – TIPOS DE VENTILADORES:

Introducción:

Los ventiladores son turbo-máquinas hidráulicas que permiten la movilización de un fluido de trabajo compresible. El principio de funcionamiento de un ventilador es el mismo que el de una bomba, por medio de un rotor dotado con álabes, se aumenta la energía del fluido aumentando de esa forma su presión; debido a esto el fluido se verá forzado a moverse hacia las regiones de menor presión.

Clasificación de los ventiladores:

Una de las características para clasificar un ventilador es la naturaleza del flujo por los conductos en las paletas del impulsor. Puede haber impulsores de flujo axial, de flujo radial, de flujo mixto y de flujo transversal. Los nombres de algunos ventiladores se derivan de esa clasificación y otros nombres se toman de otras características.

Ventiladores con impulsores de flujo axial:

Entre estos encontramos los ventiladores de hélice, los axiales de tubo y los axiales de paletas, aún cuando el flujo sea el mismo, las carcasas son diferentes en cada uno.

Los ventiladores axiales de tubo y los axiales de paletas tienen carcasas tubulares, pero los segundos tienen paletas de guía estacionarias. Una gran cantidad de energía transferida al aire en los ventiladores axiales es cinética y una parte de ella se puede transformar en energía de presión al “enderezar” el remolino, por ejemplo, con paletas o con la reducción de la velocidad de salida, con un difusor.

En los ventiladores de hélice se efectúa muy poca de esa transformación y, por ello, tienen baja capacidad de producción de presión. Los ventiladores de hélice pueden estar montados en un anillo o en un panel.

Los ventiladores con paletas axiales pueden tener éstas para máxima transformación y para una elevada transferencia de energía y, por ello, tienen una gran potencial para producir alta presión, que depende de la velocidad en las puntas y del ángulo de las paletas. Las altas relaciones del cubo ayudan a una elevada transferencia de energía.

En los ventiladores de hélice y otros ventiladores de tipo axial se pueden emplear paletas configuradas como perfiles aerodinámicos o bien pueden ser de espesor uniforme.

Las paletas pueden ser fijas, ajustables con el ventilador parado o de acción variable en la operación. Los ventiladores de hélice tienen cubos muy pequeños.

En los ventiladores axiales de paletas son comunes las relaciones de diámetro de 0.4 a 0.7 entre el cubo y las puntas. Cuanto más grande sea el cubo, más importante es tener un cilindro interno más o menos del tamaño del cubo, colocado corriente abajo del impulsor. Las paletas de guía de los ventiladores de paletas axiales se encuentran en el espacio anular entre la carcasa tubular y el cilindro interno. Se suele utilizar difusores entre el ventilador y los ductos de descarga.

Ventiladores con impulsores de flujo radial:

En esta clasificación podemos nombrar los ventiladores centrífugos y los centrífugos tubulares. La diferencia entre ambos radica en la carcasa.

En los primeros se suele emplear una carcasa de voluta o de caracol; el flujo de aire entra en ella en sentido axial y sale en sentido tangencial. En los centrífugos tubulares se emplean carcasas tubulares de modo que el flujo que entra y sale de ellas sea axial.

Una parte considerable de la energía transferida al aire en un ventilador de flujo radial se debe a la acción centrífuga, por lo que se llama ventilador centrífugo. Dado que la acción centrífuga varía de acuerdo con la longitud de las paletas, la capacidad de producir presión de los ventiladores de flujo radial variará de acuerdo con ese factor y con la velocidad en las puntas y ángulo de las paletas.

En los ventiladores centrífugos se utilizan diversos tipos de paletas. Las curvadas hacia el frente tienen poca altura y son curvadas de modo que la punta y el talón apunten en la dirección de rotación.

Las paletas radiales y las de punta radial son radiales en la punta, pero las segundas están curvadas en el talón para que apunten en la dirección de rotación.

Las paletas curvadas e inclinadas hacia atrás apuntan en dirección opuesta al de rotación en la punta y en la dirección de rotación en el talón. Todas las paletas citadas son de espesor uniforme y están diseñadas para flujo radial.

Ventiladores con Impulsores de flujo mixto:

Este tipo de ventiladores se puede emplear en carcasas axiales o del tipo de caracol. Se les llama de flujo mixto porque ocurre flujo axial y radial en el sistema de paletas.

Los impulsores de flujo mixto empleados en carcasas de flujo axial tienen un cubo igual al de un impulsor de flujo axial puro; sin embargo, la parte de entrada de las paletas se extiende sobre la cara del cubo para tener cierta orientación radial. Los impulsores de flujo mixto que se utilizan en ventiladores con carcasa en espiral tienen paletas que producen la mayor parte de la orientación axial en la entrada y casi toda la orientación radial en la descarga.

Las paletas de perfil aerodinámico tienen sus líneas de cuerdas curvadas hacia atrás, de modo que el borde de ataque del perfil esté en el talón que apunta hacia adelante, y el borde de salida esté en la punta que apunta hacia atrás con respecto a la rotación. Los impulsores con todas las formas de paletas en general tienen aros de refuerzo y pueden tener admisiones sencillas o dobles. Las anchuras de las paletas están de acuerdo con la relación del diámetro entre la entrada y la punta.

Los ángulos de las puntas pueden variar mucho pero los ángulos de los talones deben colocarse de modo que haya mínimas pérdidas en la entrada. Las carcasas de caracol pueden ajustarse a una campana aerodinámica de admisión y un cono de admisión o un collar sencillo. Los ventiladores centrífugos tubulares se pueden proyectar para impulsores de curvatura hacía atrás, de perfil aerodinámico o de flujo mixto. Para un buen rendimiento se necesitan una campana de entrada y paletas de guía de descarga.

Ventiladores con impulsores de flujo cruzado o de flujo transversal:

En un impulsor de flujo cruzado, el aire pasa dos veces por las paletas, entra más o menos tangencialmente a través de las puntas, pasa a través del impulsor y sale por el Otro lado.

Las carcasas se diseñan para proporcionar este flujo transversal. A éstos también se les llama tangenciales o de flujo transversal. El potencial productor de presión es bajo y depende de que se forme un vórtice cuando el aire sale del impulsor.

En los ventiladores de flujo transversal se emplean impulsores con paletas similares a las de uno centrífugo con curvatura hacia el frente, pero el aro de esfuerzo no tiene agujeros de admisión. Las relaciones entre longitud y diámetro de la punta de las paletas sólo están limitadas por consideraciones estructurales.

Ventiladores del Aire de Combustión:

Cuando se trabaja con calderas, los ventiladores son los elementos destinados a enviar el aire comburente al cajón, común o individual, en el que están alojados los quemadores.

En las instalaciones industriales el ventilador siempre se instala separadamente del quemador y, preferentemente, se aloja en un foso situado en el frente de la caldera, para amortiguar ruidos (el ventilador es el elemento más ruidoso de una central industrial), y para emplear menos espacio.

Es frecuente equipar estos ventiladores con silenciadores acoplados al oído de aspiración, para reducir el nivel sonoro que producen.

Tanto las calderas pirotubulares, como las acuotubulares realizan la combustión a sobrepresión, es decir, tienen los hogares y demás compartimentos estancos, y trabajan a sobrepresión interior.

Estos ventiladores se deberán prever e instalar, siempre, con los siguientes criterios:

– El accionamiento del motor eléctrico al eje del ventilador será por correas y poleas. De este modo, se podrán realizar ajustes posteriores en el caudal impulsado, variando la velocidad de rotación, mediante la instalación de otros juegos de poleas y correas, lo que no permite una transmisión directa.

– Entre el ventilador y elementos de impulsión al quemador, o el cajón de aire, se deberán instalar juntas flexibles, para amortiguar las vibraciones y absorber las dilataciones de la caldera.

PARTE II – TIRO NATURAL, INDUCIDO Y FORZADO:

Introducción:

Durante la combustión del combustible y la transferencia de calor a la superficies absorbentes de este, es necesario mantener una presión suficiente para vencer la resistencia al flujo impuesta por el equipo para quemar los bancos de tubos, los cambios de dirección y los conductos de humo, y los reguladores de tiro del sistema. El movimiento de estos gases, tal como cualquier otro fluido, obedece a las diferencias de presiones y son regidas por las leyes de la mecánica de los fluidos. Resulta claro entonces, luego de lo dicho, que el estudio de los movimientos de los gases productos de la combustión dentro de la caldera resulta de vital interés.

Tiro:

El tiro es la diferencia de presión que induce o empuja al aire, combustible y gases quemados a través del hogar, haces tubulares de la caldera, recuperadores, regeneradores y colectores de polvo.

Queda claro entonces que el término tiro denota la diferencia entre la presión atmosférica y

alguna otra presión menor que existe en el hogar o en los pasajes del gas de una unidad generadora de vapor.

La pérdida de tiro se define como la distancia en la presión estática de un gas entre dos puntos en un sistema en donde los dos están por debajo de la presión atmosférica y es el resultado de la resistencia al flujo.

Tipos de Tiro:

Tiro Natural:

El Tiro natural es aquél producido por la tendencia a ascender del aire caliente. Se produce en una cámara de combustión alta o con una chimenea.

La chimenea produce presiones estáticas de un lado al otro de la montadura de la caldera que son menores que las de la atmósfera, lo cual favorece el ascenso de los gases de combustión y el movimiento de los gases dentro de la caldera. A esto suele llamársele efecto chimenea:

El efecto de chimenea:

Es causado por la diferencia e densidades que resulta de la diferencia en las temperaturas de dos columnas verticales del gas. En una chimenea el “efecto chimenea” se debe a la diferencia entre el gas caliente confinado y el aire más frío circundante y la presión estática igual en la parte superior o escape libre de la chimenea.

Cuando se presenta un flujo se usa una parte del efecto chimenea para establecer la velocidad del gas, y el resto para vencer la resistencia del sistema conectado, incluyendo los reguladores de tiro y la propia chimenea. La capacidad límite del tiro natural se alcanza cuando estas fuerzas están en equilibrio con los reguladores de tiro bien abiertos. El rendimiento de la chimenea puede ser favorable o adversamente afectado por factores externos como la velocidad del viento, y las condiciones atmosféricas. El tiro disponible varía directamente con la presión barométrica para altitudes sobre el nivel del mar.

La relación entre las presiones estáticas locales y la atmosférica, es de lo más importante, ya que el gas puede soplar hacia la sala en la que está instalada la caldera, a través de una puerta de inspección abierta, en la parte superior del hogar, aunque exista un tiro fuerte, o presión negativa, en alguna elevación inferior.

Tiro Mecánico:

En general se llama tiro mecánico a aquél que es producido por medio de dispositivos tales como soplantes, ventiladores, extractores o eyectores.

El tiro mecánico es de más fácil control, pues el natural está afectado por la temperatura de los humos y el viento.

Tiro Inducido y Forzado:

Se llama tiro forzado si el aire y combustible se suministran con presión positiva, e inducido si a la salida del hogar hay una presión negativa que conduce los gases fuera de la cámara de combustión.

Como se puede apreciar, el Tiro natural creado por medio del efecto chimenea es una forma de tiro inducido, sin embargo es práctica común el considerar como Tiro Inducido y Forzado solo aquellos que son mecánicamente producidos.

En las calderas modernas, se aplica el tiro inducido o el forzado producido mecánicamente por medio de ventiladores, o ambos, y por esto las presiones de un lado a otro de la unidad de la caldera pueden ser bastante mayores que la atmosférica.

Los ventiladores para tiro forzado que manejan aire frío y limpio proporcionan la fuente más económica de energía para producir flujo a través de las unidades de altas capacidad. Los ventiladores de tiro inducido, que manejan gases de combustión calientes, requieren de más potencia y están sujetos a erosión por la ceniza muy fina. Sin embargo facilitan la operación al proporcionar un tiro en la montadura de la caldera y de esta manera, evitan la fuga hacia el exterior del gas, a través de las juntas o rendijas de la cubierta de la caldera.

Presión en el Hogar:

La presión en el hogar puede ser positiva, negativa o equilibrada (comparada con la atmosférica).

La negativa tiende a introducir aire, y reducir el rendimiento, enfriar parte de la carga o producir atmósfera oxidante.

La positiva provoca tendencias a salir llamas por bocas y aberturas y crear problemas de mantenimiento.

La equilibrada es teóricamente la mejor, pero es difícil de mantener.

De la formula:

Presión del Hogar = Tiro Forzado – Pérdidas por fricción en la entrada

Se deduce que si no hay tiro forzado, la presión es negativa.

Ahora bien, de:

Presión del Hogar = Pérdidas por fricción a la salida – Tiro inducido

Se deduce que si no hay tiro inducido, o chimenea, la presión es positiva.

Igualando ambas ecuaciones se tiene que:

Tiro forzado + Tiro inducido = Perdidas por fricción a la entrada y salida.

Las pérdidas en la entrada y la salida pueden ser calculadas como se describe en la parte III o por medio de esta expresión aproximada:

Tomándose el ρ del aire a la temperatura media.

La ΔP estática producida por una chimenea es:

Tiro inducido = Tiro teórico – Pérdidas diafragma (si lo hay)

El tiro teórico en Pa puede calcularse aproximadamente para una chimenea de altura H y temperatura media Tg por:

Para condiciones estándar:

PARTE III – PERDIDAS DE CARGA:

Introducción:

En el diseño de una caldera es esencial determinar la suma de todas las resistencias componentes en el sistema de flujo, con la carga máxima, para establecer los requisitos del ventilador. Es costumbre especificar la carga estática del bloque de prueba, temperatura y los requisitos de capacidad del ventilador por arriba de lo que se calculó, de tal manera que se tomen en cuenta las diferencias respecto de las condiciones ideales de flujo y proporcione un margen satisfactorio de reserva.

Cálculo de la pérdida de carga:

Régimen de Derrame:

Para los cálculos de pérdidas de carga, es preciso determinar el número de Reynolds (Re) cuyo valor es:

Según su valor sea <2000 o >3000, el régimen es laminar o turbulento.

En técnicas gasistas se usa como medida de cantidad de materia el metro cúbico normal (m 3(n));

como medida de caudal, el m3(n)/s, y de ahí que también se emplee la llamada velocidad

normal, u0 (mn/s). Se deduce que también:

Designando por ρ0 la masa volumétrica en condiciones normales.

En muchas situaciones se deben proceder a calcular un diámetro adecuado para transportar un caudal conocido, qv (m3/s). Para ello se procede por tanteo, iniciando el cálculo con un diámetro calculado por:

Tomando para “u” un valor adecuado de velocidad, según sea el fluido que esté en movimiento:

Como ejemplo se dirá que el aire frío tiene velocidades entre 10 y 25 m/s, el aire caliente entre 20 y 25 m/s, el vapor de agua tendrá una velocidad de 4*d” m/s (d” es el diámetro en pulgadas) y el agua de alimentación de la caldera tiene una velocidad que varía entre 2,5 y 5 m/s.

Pérdida de carga en conductos rectos:

La pérdida de carga de un conductor recto de longitud l se calcula por las siguientes formulas:

El valor de λ, coeficiente de rozamiento, depende del régimen del derrame y se puede tomar:

en régimen laminar.

en conductos lisos.

en conductos rugosos.

en conductos ladrillo.

En lugar de las formulas anteriores pueden emplearse otras en función del caudal. Así para gas y aire a baja presión, y tomando como valor de λ el de 0,0257 usual en tubos, se tiene:

Siendo dr la densidad relativa del aire.

En las formulas anteriores, d es el diámetro del conducto circular. Si este es rectangular, de dimensiones axb, el diámetro equivalente es:

Pérdidas de carga locales:

Se calculan por la fórmula:

El valor de λL deberá ser extraído de las tablas de coeficiente de rozamiento en accesorios.

En el caso de las válvulas, si se conoce el valor de la conductancia C v (inverso a la resistencia), que son los galones de agua por minutos a 1 psi de pérdida de carga, se puede calcular:

Siendo d el diámetro interior en pulgadas.

Régimen turbulento

Otra forma de cálculo consiste en atribuir a cada accesorio una longitud equivalente y con la suma de todos ellos incrementar la longitud en la fórmula dada para conductos rectos.

Algunos valores de longitud equivalente en L/D para accesorios comunes son los siguientes:

Curva 90° y Te (flujo lateral) -> 60Curva cerrada -> 50Codo estandar de 90° -> 30Codo de 90° y R/D=8 -> 24Te (Flujo Recto) -> 20Codo 45° -> 16

PARTE IV – TRATAMIENTOS DE AGUA DE ALIMENTACIÓN:

Objeto del acondicionamiento del agua.

Los fines principales perseguidos con el tratamiento del agua de alimentación son los siguientes:

1.- Quitar las materias solubles y en suspensión.

2.- Eliminación de los gases.

Todo esto es necesario, entre otras cosas para:

1.- Evitar la formación de incrustaciones sobre las superficies de calentamiento del agua.

2.- Proteger contra la corrosión los metales de las calderas, recuperadores y tuberías.

Preparación del agua bruta:

Muchas plantas usan agua bruta procedente de ríos o lagos como agua de aportación de caldera. Esta agua bruta se trata externamente por sedimentación, filtración, ablandamiento y eliminación de gases disueltos.

Sedimentación:

La sedimentación permite a los sólidos sedimentarse y depositarse fuera del agua por caída o goteo a la parte inferior de un depósito cerrado. El proceso puede ayudarse con la utilización de coagulantes tales como alúmina o sulfato de aluminio, sulfato ferroso, cloruro férrico, aluminato sódico y óxido de magnesio. El agua bruta disponible determinará el coagulante a utilizar. Además, con muchas aguas es necesario añadir un álcali, como cal o cenizas sódicas, para llevar el agua al mejor valor del pH requerido.

La sedimentación natural combina:

1.- La mezcla de productos químicos para ayudar en la adhesión de los sólidos suspendidos a los coagulantes; y

2.- Las pequeñas partículas son después depositadas juntas, lo que se denomina floculación, por mezcla para formar partículas mayores que se sedimentan más rápidamente. Ésta se lleva a cabo mediante bafles o mezcladores mecánicos (espesadores). Los filtros de presión son también usados para eliminar pequeñas cantidades de sólidos en suspensión, como agua de

aportación para calderas. La ventaja de la sedimentación mecánica por presión o filtrado es que el agua bruta necesita estar retenida menos tiempo para eliminar los sólidos en suspensión.

El color en algunas aguas se elimina químicamente mediante sulfato de aluminio y cobre clorado. Estos compuestos reaccionan con el color del agua para dar un precipitado que sedimenta con los lodos en el proceso de sedimentación.

Filtración:

La filtración difiere de la sedimentación en que las partículas más pequeñas y ligeras de materia suspendida y coagulada permanecen después de la sedimentación y deben eliminarse por filtración. Los filtros más comunes utilizan lechos graduados adecuadamente de arena o carbón de antracita. Cuando las partículas finas entran en un filtro, se sedimentan en la parte superior en unos pocos centímetros de lecho y, con el tiempo, se acumulan hasta la superficie. Si esto no se corrige, empieza a disminuir el caudal.

El lavado a contracorriente (o contralavado) se utiliza para eliminar las partículas del lecho circulante. Se pasa agua a través del lecho a una tasa de cuatro a siete veces, y las partículas acumuladas en suspensión son lavadas, sacadas fuera del lecho y enviadas para eliminar con los residuos.

Los filtros de carbón activo se usan para eliminar olores y mejorar el sabor del agua. Su construcción es similar a la del filtro de sedimentos y normalmente trabaja a presión. Sin embargo, el carbón no es un filtro sino un absorbente de la sustancia olorosa, y debe reemplazarse periódicamente.

Ablandamiento del agua:

Los métodos de ablandamiento del agua están siendo mejorados continuamente mediante el estudio químico del agua. Los operadores pueden enfrentarse a los siguientes tipos de equipos de ablandamiento de aguas:

l.- Ablandamiento de agua por precipitación fuera de la solución de los compuestos que producen la dureza del agua. El método más antiguo utilizado fue el ablandamiento a la cal, método seguido por el sistema de ablandamiento por zeolita. Hoy día, éste se denomina el método de tratamiento por carbonato, a causa de que el carbonato cálcico precipita fuera del agua. Este compuesto químico es insoluble y sedimenta precipitando fuera de la solución. Debe ser retirado por purga de la zona inferior.

El agua que contiene cantidades apreciables de calcio y magnesio en solución se denomina agua dura; el nombre deriva del hecho de que cuando se utiliza jabón con agua dura es difícil obtener espuma. El agua dura es especialmente prohibitiva para su uso en calderas porque las sales cálcicas y de magnesio se depositan en los tubos, formando una capa pétrea en sus paredes interiores, normalmente l1amada incrustación. Esta incrustación actúa como aislante térmico, evitando una transferencia térmica adecuada entre la llama y el agua del interior de los tubos. Esto ayuda al consumo excesivo de combustible. La incrustación severa puede producir el sobrecalentamiento de los tubos y su rotura, lo que puede ser peligroso en la operación de la planta de calderas.

Hay dos tipos de dureza. Una denominada dureza temporal o agua dura temporal, que contiene grandes cantidades de bicarbonato cálcico, Ca(HC03)2 . Esta agua puede ablandarse mediante ebullición, con lo que el carbonato cálcico precipitará fuera de la solución desprendiendo dióxido de carbono. En plantas industriales, el agua se ablanda añadiendo cantidad suficiente de cal para precipitar el carbonato cálcico. Este lodo blando debe purgarse fuera de la caldera para evitar su depósito y precipitación en los calderines o colectores.

El agua que contiene sulfato de calcio y magnesio no se ablanda por ebullición y su dureza se denomina permanente. Puede ablandarse por adición de carbonato Sódico (Na2C03), de modo que los carbonatos cálcico y de magnesio precipitan.

El proceso de ablandamiento frío por cal y sosa trata agua bruta con cal. hidróxido de calcio (cal apagada) y sosa o carbonato sódico, para reducir parcialmente la dureza. El agua normalmente requiere un tratamiento mayor en calderas.

El proceso de ablandamiento caliente por cal y sosa opera a 212°F (100 °C) y más, y utiliza vapor como fuente térmica. El calor produce una reacción química más rápida. En el método en caliente de ablandamiento, se utiliza también hidróxido cálcico, cal y sosa o carbonato sódico.

Por encima de 250 psi (17,5 kg/cm2) y a temperaturas elevadas, el carbonato sódico, que precipita con el tratamiento de cal, puede descomponerse en sosa cáustica (NaOH, hidróxido sódico) y liberar dióxido de carbono gaseoso, CO2; ambos son dañinos para los metales de la caldera. Otro factor importante es la gran cantidad de purga requerida para eliminar el carbonato sódico precipitado. El tratamiento del carbonato fue sustituido por el del fosfato, especialmente para calderas de alta presión.

2.- El proceso de ablandamiento por zeolita usa una sustancia de tipo arenoso llamada zeolita, que puede ser de origen natural o sintético. Esta sustancia se dispone en el interior de un depósito como si fuera un lecho filtrante. La zeolita tiene la notable propiedad del intercambio básico. Cuando el agua dura pasa a través de un lecho de zeolita, los compuestos cálcicos y de magnesio pasan a la zeolita y son sustituidos por el sodio de la zeolita. El bicarbonato cálcico se convierte en bicarbonato sódico, y el sulfato de magnesio se convierte en sulfato de sodio. Estos compuestos sódicos no forman incrustación; de ese modo el intercambio iónico ablanda el agua al liberarla de sus compuestos «duros». Eventualmente la zeolita pierde su concentración sódica porque el sodio se combina con los compuestos de calcio y de magnesio y esto produce la pérdida de su poder de intercambio.

La regeneración de la zeolita implica su impregnación con una solución fuerte de salmuera (cloruro sódico). Una acción inversa produce el reemplazo del calcio y magnesio de la zeolita por el sodio de la salmuera. En el ciclo de ablandamiento, el agua fluye hacia abajo a través del lecho de zeolita. A medida que la capacidad de ablandamiento de agua de la zeolita disminuye de su punto de consigna, unas válvulas automáticas cortan el flujo descendente de agua y lavan a contracorriente el material con el flujo y también eliminan la suciedad depositada. En la tercera etapa, una cantidad medida de salmuera salina común se admite por la parte superior del lecho. Después de un intervalo de tiempo, se introduce una corriente de agua de lavado para retirar el exceso de sal y limpiar la zeolita, tras de lo cual el lecho está listo para otro ciclo de ablandamiento.

En una aplicación para agua de calderas, el agua tratada por zeolita muestra una dureza nula mediante una prueba de jabón, pero el agua ahora tiene sales sódicas solubles en solución. Es necesaria la purga para limitar la concentración de estas sales, de forma que las espumas no tengan lugar en la caldera. Un elevado porcentaje de carbonato sódico puede causar fragilidad del acero bajo ciertas condiciones; así, los ablandadores de zeolita son más adecuados para tratar la dureza de sulfato de magnesio. Para eliminar la dureza de carbonatos, se utiliza la línea de tratamiento en caliente por cal delante del desendurecedor de zeolitas.

La cantidad de sal requerida para la regeneración depende del grado de dureza.

La cifra normal es de 1/4 a 1/2 libras (0,113 a 0,227 kg) de sal por cada 1.000 galones (3.785,4 litros) de agua por grano de dureza (0,06 gramos). Por ejemplo, la regeneración de 50 ft3

(1,3935 m3) de una zeolita sintética de alta capacidad requiere 300 libras (136 kg) de sal. Si el

agua tiene una dureza de diez granos (0,6 gramos) y se requiere 1/4 libra (0,1134 kg) de sal por 1.000 galones (3785,4 litros), ¿cuántos galones de agua pueden ablandarse?

Galones ablandados =4 x 300 x 1.000 = 120.000 galones (454.248 litros). 10

El proceso químico de ablandamiento en caliente y ablandamiento por zeolita puede combinarse en un sistema de tratamiento de proceso en caliente-proceso de zeolita en caliente que proporcionará, especialmente a las calderas de alta presión, un agua de alimentación caliente con dureza nula.

3.- Intercambio iónico: Es el término aplicado al intercambio de calcio y magnesio por sodio, ya que los minerales, al ser iónicos en disolución natural, presentan carga eléctrica iónica. Los iones se clasifican además como de carga eléctrica positiva o negativa, siendo los iones positivos denominamos cationes y los iones negativos, aniones. Los cationes positivos en la forma iónica del calcio, magnesio, hierro y manganeso producen la dureza del agua. Utilizando el intercambio iónico, éstos iones de dureza se eliminan para ablandarse el agua y así reducir la incrustación en las calderas.

El método del intercambio iónico, utilizando intercambiadores iónicos nuevos y más versátiles, ha reemplazado los materiales originales y sintéticos de tipo zeolita.

El intercambio iónico en el tratamiento de agua está basado en el principio de que las impurezas que se disuelven en el agua se disocian en forma de partículas cargadas positiva y negativamente, conocidas como iones. Estas impurezas o compuestos se denominan electrólitos. Los iones positivos se denominan cationes porque emigran al electrodo negativo (cátodo) en una celda electrolítica. Las partículas negativas son los aniones porque son atraídos al ánodo. Estos iones existen por toda la disolución y actúan casi independientemente. Por ejemplo, el sulfato de magnesio (MgS04) se disocia en solución para formar iones positivos de magnesio e iones negativos de sulfato.

El material de intercambio iónico tiene la propiedad de intercambiar un ion por otro, tomándolo temporalmente en combinación química y dándolo a una solución regenerativa fuerte.

El proceso de ablandamiento de agua utilizando el proceso de cambio iónico se realiza por medio del paso de agua dura a través de un lecho de resina sintética. Los iones formadores de dureza, el calcio y magnesio del agua, son eliminados del intercambiador por iones sodio no constituyentes de dureza que están agregados a la resina. Cuando todo el sodio de la resina se ha utilizado, el lecho de resina no mantiene la capacidad de ablandar el agua y debe regenerarse. Esto se hace pasando una cantidad de salmuera en exceso de cloruro sódico a través del lecho de resina para extraer el calcio y el magnesio y sustituir estos elementos por sodio. La salmuera se lava después fuera del lecho con agua, antes de volverla a poner en operación en el ciclo de ablandamiento.

4.- Los desmineralizadotes, eliminan materias disueltas del agua pretratada de caldera por contacto del agua con intercambiadores de resinas iónicas. Éstas son burbujas esféricas de ácidos y bases insolubles formados por cadenas de polímeros con anillos o cadenas en cruz. Estas resinas eliminan los sólidos disueltos por un intercambio iónico, que deja iones inocuos en el agua. Las resinas pueden regenerarse para uso posterior por retrolavado, pero eventualmente deben reemplazarse por un lecho nuevo. La desmineralización de agua en ciertas industrias requiere que el agua esté completamente libre de sales minerales. Esto también se aplica al agua de calderas de centrales eléctricas. La destilación es un método, pero es costoso. El intercambio iónico es un método de dos etapas, siendo la primera el ciclo de hidrógeno, el intercambio catiónico, seguido por el segundo paso, el intercambio aniónico. Los cambiadores aniónicos se dividen en cambiadores aniónicos básicos fuertes y débiles. La

unidad básica débil no eliminará ácidos débiles, como el carbónico o dióxido de silicio, y por tanto el agua tratada puede contener sílice y carbono. Las resinas básicas débiles son regeneradas por álcalis tales como amoníaco, sosa cáustica o cenizas sódicas.

El cambiador básico fuerte puede eliminar ambos ácidos, fuertes y débiles, produciendo agua que esté libre de sílice y dióxido de carbono, pero es más costoso de operar. La regeneración se hace con sosa cáustica.

Los desmineralizadores se usan en plantas de calderas que trabajan a más de 1.000 psi (70 kg/cm2). Los desmineralizadores se parecen a los procesos de intercambio iónico. El intercambio catiónico se opera sobre el ciclo de hidróxido utilizando resinas especiales preparadas y saturadas con iones hidróxido. Los aniones salinos como el bicarbonato, carbonato, sulfato y cloruro se reemplazan por iones hidróxido. El efluente final consta básicamente de iones hidrógeno e iones hidróxido o agua pura.

En los desmineralizadores de lecho mixto, se mezclan los dos tipos de resinas juntas en un solo depósito. La regeneración en un lecho mixto puede llevarse a cabo porque las dos resinas pueden separarse hidráulicamente en lechos diferentes.

El afinado del condensado se usa para purificar el condensado retornado, y los desmineralizadores se utilizan en las centrales para eliminar los productos de la corrosión y los sólidos ionizados que provienen de las tuberías de conexión, turbinas, calentadores o condensadores. Esto aumenta la eficiencia de la turbina-generador, protege el ciclo de vapor de los efectos de la falta de estanqueidad del condensador y evita los depósitos dañinos o productos de la corrosión en las calderas.

En las aplicaciones del refino de los condensados en centrales termoeléctricas, los caudales son muy grandes en comparación con el agua bruta de aportación, porque todo el vapor que va al turbogenerador se condensa y retorna a la caldera. Las impurezas principales a eliminar son óxidos metálicos denominamos «crudos», sílice, diversos tipos de incrustaciones y fragmentos de resinas y medios filtrantes. Las resinas usadas en el intercambiador iónico o desmineralizador constan de un gel y de resinas macroporosas. Un sistema típico de regeneración tiene una vasija de separación catiónica y regeneración, una vasija de regeneración aniónica y un depósito de resinas mixtas.

La desmineralización por membranas es otro método que está recibiendo atención para eliminar impurezas del agua en calderas. El tratamiento de una membrana consta de un paso de fluido presurizado a través de una membrana semipermeable, normalmente polimérica. En una filtración convencional de partículas, llamada macrofiltración, la corriente influente total pasa a través de los medios filtrantes dejando atrás las partículas. Éste es un campo de desarrollo que se concentra en el tipo de membranas, propiedades del material de las membranas, disposición y caudal de las membranas y sobre la pureza del agua resultante filtrada que puede esperarse del agua proveniente de varias fuentes. Las presiones de bombeo para accionar el agua y pasarla a través de las membranas pueden estar en el rango de 150 a 400 psi (de 10,5 a 28 kg/cm2) para aguas no salobres, y como mucho 1.000 psi (70 kg/cm2) para desalinización de agua de mar.

La tecnología de membranas está siendo combinada con los desmineralizadores especialmente en plantas de generación nuclear, para reducir el carbono orgánico total en el agua tratada desde 2.000 a 3.000 ppb bajando hasta 2 a 20 ppb. El tratamiento por membranas gasta menos energía que el método evaporativo. Su utilización se incrementa en la producción de agua ultrapura para agua de aportación y está dirigida por este factor económico: menos coste para producir el agua de calidad deseada.

PARTE V – BOMBAS DE ALIMENTACIÓN:

Las bombas de agua de alimentación de uso general pueden dividirse en los siguientes tipos: alternativas o recíprocas, rotativas y centrífugas. El tipo alternativo hace uso de un cilindro de agua y un émbolo directamente montado sobre un eje común de un cilindro de vapor acoplado directamente. Uno o dos cilindros de agua (y vapor) en paralelo, conocidos como bombas simples o dúplex, respectivamente son los tipos más normales de bombas de alimentación recíprocas. Las bombas de alimentación Tríplex y Cuádruplex a menudo tienen el émbolo buzo conectado por biela a un cigüeñal de accionamiento mecánico.

Bombas alternativas o recíprocas: Las bombas alternativas o recíprocas son bombas de desplazamiento positivo y pueden usarse para conseguir presiones muy elevadas mediante la acción en serie de varios cilindros o mediante más de una bomba. Al colocarlas en serie, la presión de descarga o impulsión de un cilindro es la presión de aspiración del siguiente, y esto puede hacerse con cada cilindro incrementando la presión hasta obtener la presión resultante que se desee. Bombas alternativas o recíprocas de tipo vapor:

Las bombas alternativas o recíprocas de tipo vapor se clasifican como de acción directa, si el cilindro motor de vapor está en línea con el cilindro de bombeo (caballito. de vapor), o accionadas por la potencia del vapor, si el motor de vapor tiene cigüeñal, volante y cruceta deslizante. El término símplex significa que tiene un solo cilindro de agua. El término doble acción significa que bombea agua por ambos lados del pistón o émbolo buzo (sumergido) de la bomba.

Una bomba dúplex del tipo de acción directa de vapor tiene dos cilindros de agua cuya operación está coordinada para obtener la presión final deseada. Una bomba dúplex puede también estar accionada por un motor de vapor, cigüeñal, volante y cruceta. Las bombas triples tienen tres cilindros de agua en paralelo; pueden estar accionadas por vapor, y son de acción directa accionadas por vapor o tienen accionamiento por motor eléctrico.Las bombas alternativas se accionan también mediante motores eléctricos, diesel, de gas y turbinas de vapor, bien sea por accionamiento directo del eje o por medio de cajas reductoras.

Las bombas alternativas o recíprocas deben llevar empaquetaduras para evitar que el agua perdida pase al pistón o émbolo buzo y también por donde el eje sale del cilindro, llamadas empaquetaduras de glande. El material de las empaquetaduras depende del fluido de que se maneja, su temperatura, presión y material de la bomba. Las instrucciones de montaje y mantenimiento del fabricante deberían seguirse escrupulosamente cuando la empaquetadura pide su reemplazo para evitar fugas excesivas. Los filtros deberían instalarse en el lado de aspiración de las bombas alternativas para evitar que sustancias extrañas dañen las válvulas o cilindros. Se utilizan las válvulas de pie para las bombas bajo presión de aspiración, para evitar el retroceso en la línea de aspiración. Se utilizan aspiradores para drenar o evacuar el aire de las líneas de aspiración y evitar que la bomba llegue a bombear aire fresco. Es una forma de cebar el bombeo estando seguros de que sólo fluye agua a la bomba desde la línea de aspiración.

Bombas centrífugas:

Este tipo de bomba tiene su componente principal en una envolvente o casing-corona dentro de la cual un rotor da vueltas. El fluido a bombear se dirige a través de la tubería de entrada al centro de la bomba, denominado centro de oído por rodete. El rodete dirige el agua radialmente a través de los pasos del rodete y esto desarrolla presión por conversión de la energía cinética. Las volutas convierten la energía de velocidad en energía de presión.

En la bomba de tipo difusor o turbina, unos alabes-guía están colocados entre el rodete y la

envolvente o casing; pero la transformación de energía de velocidad en presión sigue el diseño de la volutas del casing.

Las bombas centrífugas pueden ser del tipo de aspiración simple o doble. En las de aspiración doble, el fluido entra por ambos lados de la bomba.

Las bombas centrífugas multietapa se usan para presiones de servicio no alcanzables por las bombas de una sola etapa, y se encuentran en servicios tales como suministros de agua, incendios, alimentación de calderas y bombas de carga de refinería e industrias petroquímicas. Las bombas de etapa múltiple pueden ser del tipo de voluta o difusor. Las bombas del tipo de voluta (o envolvente) normalmente tienen rotores de aspiración simple con la mitad de las entradas del rotor en una dirección y la mitad en dirección opuesta para equilibrar las fuerzas de empuje axiales.

En las bombas del tipo de difusor, la entrada del rodete normalmente se enfrenta y coloca en una dirección con la fuerza de empuje axial neutralizada por una disposición de presión diferencial, pistón de equilibrado o calderín. La presión diferencial no equilibrada a través de cada rodete crea un empuje axial hacia la aspiración final que está equilibrada por un pistón de equilibrado localizado cerca del final del último rodete al lado final fuera del rotor. Los cojinetes de empuje Kingsbury en el apoyo o cojinete exterior se usan también para absorber cualquier fluctuación originada por funcionamientos anormales.

La bomba centrífuga no se considera como bomba de desplazamiento positivo como la bomba alternativa o caballito de vapor. Por ejemplo, si la válvula de descarga o impulsión de una bomba centrífuga está totalmente cerrada, la presión sólo alcanzará hasta un valor limitado con el rodete girando batiendo el fluido, siendo convertido en calor el trabajo o energía de bombeo. No habrá una subida de la presión de descarga final de bomba. En cambio, si la válvula de descarga de una bomba alternativa se cierra, la presión continuará aumentando a no ser que un control de presión máxima pare una bomba o una válvula de seguridad abra, o bien la protección de sobrecarga del motor salte y pare la bomba. Si ninguno de los elementos antes citados, trabajo y potencia, es ilimitado, algo tendrá que reventar como consecuencia de la sobrepresión.

Todas las bombas centrífugas están diseñadas para operar con líquidos. Siempre que se forman mezclas de líquido y vapor o aire, pueden esperarse daños para la vida de los elementos rotativos. Si el líquido está a temperatura elevada o el vapor está presente en el agua de alimentación de caldera, puede ocurrir también una destrucción rápida del casing o carcasa envolvente de la bomba. Este daño del casing y/o rodetes se denomina erosión o rayado y se identifica por unos pequeños hoyos u orificios en forma de canales verniculares en el casing, lo que puede permitir al líquido pasar los diafragmas o anillos de desgaste y cierre del casing.

Bombas tipo barrilete:

Las bombas centrífugas tipo barrilete no tienen su casing o envolvente separada en horizontal, sino que consta de una doble caja cilíndrica con acceso a las partes interiores de la bomba a través de cabezales finales removibles. Estas bombas tipo barrilete se utilizan para alimentación de calderas de alta presión de hasta 6.000 psi (420 kg/cm2) y 600 °F (315°C) de temperatura. Para el servicio normal de hasta 2.600 psi (182 kg/cm2) la bomba gira a 3.600 rpm y tiene 12 o más etapas.

PARTE VI – INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y CONTROL:

La necesidad de instrumentos para la operación y controles manuales o automáticos varía con el tamaño y el tipo de equipo, el método de alimentación del combustible y la pericia del personal de operación.

La operación segura y el rendimiento eficiente requieren información sobre: 1) el nivel del agua

en el domo de la caldera; 2) el rendimiento del quemador; 3) las presiones del vapor y del agua de alimentación; 4) las temperaturas del vapor sobrecalentado y recalentado; 5) las presiones del gas y del aire que entran y salen de los componentes principales; 6) las condiciones químicas del agua de alimentación y del agua en la caldera, así como del arrastre de partículas; 7) la operación de las bombas de alimentación, los ventiladores, los quemadores de combustible y el equipo de preparación de éste; 8) la relación entre el aire real de combustión que pasa por el hogar y el requerido teóricamente para el combustible quemado; 9) las temperaturas del combustible, el agua, y el aire que entran y salen de los componentes principales de la caldera, y 10) los flujos de combustible, agua de alimentación, vapor y aire, con objeto de monitorear en forma continua las condiciones de operación y hacer los ajustes que pudieran ser necesarios.

El control de las diversas funciones para mantener las condiciones deseadas de operación pueden lograrse en las calderas de baja capacidad por el ajuste manual de válvulas, reguladores de tiro y velocidades de los motores. La mayoría de las calderas unitarias que queman combustóleo y gas se equipan con controles automáticos para purgar el hogar, arrancar o parar los quemadores, y mantener la presión requerida del vapor, así como el nivel del agua.

Las necesidades de operación en las grandes calderas de servicio general industrial exigen el empleo de controles automáticos para las variables principales, como el flujo del agua de alimentación, la velocidad de alimentación del combustible y la temperatura del vapor. El tipo de caldera y sus componentes por lo general establece el modo básico de control. Se encuentran controles analógicos del tipo neumático o del tipo eléctrico; el control digital se está aplicando cada vez más.

A menudo se aplican los controles secuenciales en el arranque de las calderas de servicio general, para programar la purga del hogar, el encendido de los quemadores y el control de éstos. Son esenciales las sincronizaciones para asegurar la secuencia adecuada en el arranque y el encendido, y para activar las alarmas y parar automáticamente la unidad en el caso de falla de los auxiliares esenciales.

PARTE VII – DESGASIFICADORES o DESAIREADORES:

Desgasificación: Una variedad de tratamiento del agua de alimentación de calderas es la desgasificación térmica. Por ser un tratamiento especifico común a la alimentación de calderas industriales, es merecedor de describirlo por separado.

La desgasificación térmica se basa en el fenómeno físico por el que la solubilidad de un gas disuelto en agua (que no haya reaccionado químicamente con él) disminuye al aumentar la temperatura de esa agua, de manera que, tiende a anularse cuando se alcanza la temperatura de saturación correspondiente a la presión existente. Eso quiere decir que, a medida que vamos calentando el agua en el desgasificador se irán desprendiendo los gases disueltos, de manera que se habrá eliminado la práctica totalidad al alcanzar la temperatura de saturación a la presión de servicio.

Desgasificadores o desaireadores:

Se conocen como desaireadores (desgasificadores) aquellos dispositivos mecánicos empleados para liberar los gases contenidos en el agua de alimentación (aire, oxigeno, anhídrido carbónico y otros gases).

Su funcionamiento consiste en dividir el agua de alimentación en finas gotitas, calentándolas a continuación para transformarlas en vapor dentro del desaireador, y separar el aire, anhídrido carbónico y otros gases del vapor a medida que este se va condensando. En los desaireadores

el fluido calorífico acostumbra a ser el vapor, a presiones comprendidas entre valores altos hasta otros inferiores a la presión atmosférica.

Un calentador de agua de alimentación del tipo abierto o de contacto directo puede desempeñar la función de desaireador con tal que el agua se caliente a una temperatura suficientemente alta para que se desprendan los gases contenidos en ella, los cuales se hacen salir por el purgador del calentador.

Los desaireadores más modernos son calentadores de agua de alimentación del tipo de contacto directo. Estos aparatos pueden construirse para producir agua con contenidos muy bajos de oxigeno y otros gases.

La distinción entre un desaireador propiamente tal y un calentador de agua de alimentación del tipo de contacto directo, que actúe de desaireador, esta en el bajo contenido de oxigeno del agua producido por este ultimo.

Existen dos tipos esenciales de desgasificadores térmicos:

1.- Desgasificador en cascada:

En los que el agua tratada cae a través de unas bandejas, a contracorriente a través del vapor de calentamiento, desprendiéndose los gases hacia la cúpula del desgasificador, saliendo a la atmósfera junto con los gases incondensables.

Fig. 4.5 – Desgasificador de Cascada

2.- Desgasificador por pulverización:

En los que el agua tratada entra pulverizada, a contracorriente a través del vapor de calentamiento, desprendiéndose los gases disueltos y operando del mismo modo que en el desgasificador en cascada.

El agua así desgasificada, se acumula en la parte inferior del desgasificador, en el depósito de almacenamiento del agua de alimentación.

Se aconseja que el tamaño del depósito de alimentación sea tal, que la capacidad útil acumulada permita una hora de funcionamiento de la caldera como mínimo sin reponer agua tratada, como reserva en caso de averías del sistema de tratamiento.

Fig 4.6 – Desgasificador por pulverización

PARTE VIII – CONTROL DE TEMPERATURA, PRESIÓN, NIVEL DE AGUA, CAUDAL DE COMBUSTIBLE, GASES DE COMBUSTIÓN:

Regulación de la Temperatura:

El control de las temperaturas del vapor es de vital importancia para la duración del equipo de alta temperatura y para la economía de las plantas de generación de potencia. Las temperaturas reales, o de operación, por debajo de las de diseño reducen la eficiencia termodinámica e incrementan el costo del combustible, y las temperaturas por arriba de las de diseño reducen los márgenes de reserva en la resistencia mecánica de los tubos, los cabezales, la tubería, las válvulas y los elementos de la turbina. Además, las variaciones extras o repentinas en la temperatura pueden causar esfuerzos destructivos, en particular en el equipo giratorio.

A veces es necesario, debido a la complejidad relacionada con la evaluación del diseño de las velocidades de transferencia del calor y de las características del combustible, modificar el equipo instalado, para obtener las temperaturas requeridas del vapor. Estos cambios podrían comprender la instalación de deflectores para la distribución del gas a través del sobrecalentador y la eliminación, o la adición, de elementos tubulares en el sobrecalentador, o en los componentes que lo preceden, los cuales afectan la temperatura del gas que entra al sobrecalentador. Por lo tanto, es conveniente y, en general, es esencial suministrar algún medio de control de la temperatura del vapor para compensar las variaciones en el combustible, la transferencia del calor y las condiciones de limpieza de la superficie encontradas durante la operación. Estas medidas pueden incluir: 1) control de tiro de los gases que entran al sobrecalentador o al recalentador o a ambos; 2) recirculación de los productos gaseosos de la combustión, a baja temperatura, hacia el hogar, con el fin de cambiar las

cantidades relativas de calor que se absorben en el hogar en el sobrecalentador o en el recalentador, o en estos últimos; 3) uso selectivo de quemadores a diferentes alturas en el hogar, o el empleo de quemadores inclinables, para cambiar la ubicación de la zona de combustión, con respecto a las superficies absorbentes del calor del hogar; 4) atemperación o enfriamiento controlado del vapor a la entrada del sobrecalentador, a la salida de éste, o entre las etapas primaria y secundaria del sobrecalentador; 5) control de la velocidad de inyección del combustible en hogares divididos y 6) control de la velocidad de inyección en relación con la velocidad de bombeo del agua en las calderas de flujo forzado y paso único.

La velocidad de respuesta difiere en los diferentes métodos, y el control de la temperatura del vapor por medio de un desvío del gas o por la posición de la llama es más lento que el de atemperación por aspersión de agua. Los controles de operación de estos métodos pueden disponerse para ajuste manual, automático o una de combinación de éstos, y el uso de más de un método a menudo facilita el mantenimiento de una temperatura constante del vapor sobre límites más amplios de carga de la caldera.

La atemperación del vapor sobrecalentado por contacto directo con rocío de agua causa un incremento equivalente en la generación de vapor de alta temperatura, sin pérdida térmica. La atemperación por aspersión requiere de agua esencialmente pura, como el condensado, para evitar las impurezas en el vapor. Si se emplean los atemperadores del tipo sumergido en general se limitan a calderas relativamente de baja presión, que operan con temperaturas del vapor de 850°F (454°C), o menos. Por lo común, no se usan atemperadores de rocío para controlar la temperatura de recalentamiento del vapor, ya que su empleo reduce la eficiencia global del ciclo térmico. Sin embargo, a menudo se instalan para el control de emergencia de las temperaturas de recalentamiento del vapor.

Los depósitos de ceniza y de escoria sobre las superficies del sobrecalentador y el recalentador reducen la transferencia de calor y bajan las temperaturas del vapor. Depósitos similares sobre las paredes del hogar y la superficie generadora de vapor que está adelante del recalentador o del sobrecalentador, o de ambos, reducen la transferencia de calor hacia esas superficies, lo cual da por resultado un gas de temperatura más alta para el sobrecalentador y el recalentador y, en consecuencia, temperaturas del vapor incrementadas. Así, el control de la limpieza de las superficies es un factor importante en el control de la temperatura del vapor.

Cuando se incrementa el exceso de aire, resultan temperaturas más altas del vapor, debido a la reducción en la absorción del calor radiante del hogar, a la cantidad mayor de gas y al incremento de la transferencia de calor por convección en el sobrecalentador o el recalentador o en ambos. La operación con temperaturas del agua de alimentación inferiores a las previstas también causan un incremento en las temperaturas del vapor, debido a la mayor alimentación de combustible requerida para mantener la generación de vapor.

Regulación de la carga:

La regulación de la carga de las calderas industriales se realiza dependiendo de los dos tipos esenciales de energía que producen:

1.- Generando vapor2.- Generando agua sobrecalentada.

1.- Generando vapor:

La señal primaria de gobierno es el valor de la presión efectiva del propio vapor generado, que se toma a la salida de la caldera (a la salida del sobrecalentador, cuando dispone de él), por medio de un transmisor, que a través del correspondiente convertidor la transforma en señal de salida de 4 a 20 mA que llega al regulador principal del sistema. Este regulador compara la señal recibida con su valor de consigna y Sistemas de regulación de la carga posiciona las válvulas de combustible. El fabricante del sistema de combustión tiene establecida una curva

de combustión en la que, para cada porcentaje de carga, le corresponde una posición de las válvulas de combustible y, a su vez, a cada posición de las válvulas de combustible, le corresponde una posición de las clapetas de regulación del aire de combustión a los quemadores.

Obteniéndose en cada punto de esta curva el coeficiente de exceso de aire, y un contenido de CO2, en los humos. Las válvulas de combustible y las clapetas del aire de combustión van variando su posición, en función de la variación del valor de la presión del vapor o, lo que es lo mismo, de la demanda de carga de la caldera.

La banda de regulación de la carga tendrá como valor máximo, el 100% de la carga (MCR), y como valor inferior, la carga que corresponde del mínimo técnico del sistema.

2.- Generando agua sobrecalentada:

La señal primaria de gobierno, en este caso, es el valor de la temperatura de impulsión del agua sobrecalentada que se toma a su salida de la caldera por medio de un transmisor, que a través del correspondiente convertidor, la convierte en señal de salida de 4 a 20 mA que llega al regulador principal continuando el proceso como en el caso anterior de las calderas generadoras de vapor.

Los casos genéricos descritos anteriormente son los que corresponden a un sistema de regulación modulante o continua, sin escalones. Existe la posibilidad de equipar los sistemas de regulación de carga con criterios menos exigentes, a saber:

- Regulación todo/nada: En la que los quemadores se encienden y apagan al descender o sobrepasar un determinado valor de consigna.

- Regulación a escalones (normalmente dos): En la que los quemadores se encienden a carga mínima, o se sitúan a carga máxima, en función de la demanda en el consumidor.Ambos sistemas de escalones están en desuso y completamente desaconsejados en las calderas industriales, ya que perjudican su rendimiento térmico cuando el objetivo actual es justamente el contrario, es decir, optimizar estos rendimientos, habida cuenta de alto precio de los combustibles y de su evidente incidencia en la amortización de las inversiones.

- En las calderas que generan vapor, el caudal de alimentación de agua será la suma de caudal de vapor generado, más los caudales de purgas que se realicen.

En estas calderas, parte del agua de su interior se convierte en vapor, y la parte que no se vaporiza va aumentando el contenido de sales, que no arrastra el vapor generado, elevando consecutivamente su concentración. Las purgas se realizan para mantener esa concentración de sales dentro de valores admisibles.

- En las calderas que generan agua sobrecalentada, normalmente, no se consume esa agua sobrecalentada en los procesos, por lo que, únicamente habrá que reponer el agua perdida en eventuales fugas y purgas.

Evidentemente, el caudal de agua de aportación en estas calderas es mucho menor que en las calderas que generan vapor, y la concentración del agua sobrecalentada en el interior de los circuitos y de la propia caldera no varía apenas.

- Fin del Tema 3 – Equipos auxiliares para calderas -