CONSTRUCCIONES E INSTALACIONES INDUSTRIALES CURSO 2018 TEMA: ACCESORIOS Y EQUIPOS AUXILIARES DE CALDERAS

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1 CONSTRUCCIONES E INSTALACIONES INDUSTRIALES CURSO 2018 TEMA: ACCESORIOS Y EQUIPOS AUXILIARES DE CALDERAS Docente: Ing. Roberto R. Burtnik. Dto de Ing. Electromecánica. Carrera: Ingeniería Industrial Código Asig.: 533

2 CALDERA PIROTUBULAR CON SUS ACCESORIOS

3 LOS ACCESORIOS TIENEN POR FINALIDAD: PERMITIR EL FUNCIONAMIENTO. ARMONICO DE LA CALDERA. OBTENER LA MEJOR EFICIENCIA POSIBLE. SEGURIDAD EN SU FUNCIONAMIENTO. CUMPLIR CON REGLAMENTACIONES VIGENTES.

4 PLACA DE IDENTIFICACION INSTALACION - EJEMPLOS

5 VALVULAD DE SEGURIDAD Tiene por función proteger el cuerpo de la caldera de las sobre presiones. Su función es limitar la presión de vapor a un valor máximo denominado presión de trabajo admisible, ó presión de "timbre"). No son reguladoras de Presión. Particularidades: Su capacidad de descarga debe ser de un caudal de vapor equivalente al de la máxima producción de la caldera a la presión de timbre. Toda caldera debe tener como mínimo dos válvulas de seguridad. Deben abrir a presiones distintas y el margen entre ambas debe ser adecuado (6 a 10%) para evitar un exceso de descompresión y una pérdida innecesaria de vapor. No cierran a la presión de timbrado.

6 VALVULA DE SEGURIDAD A RESORTE

7 Válvula de seguridad con resorte expuesto Al hacer el ajuste de las válvulas, se debe cuidar de no pasar la presión de la caldera por encima de la máxima admitida ("timbre") y no dejando que suba la presión más del 6% por sobre la presión de trabajo máxima admitida. La presión de timbre o la tara máxima de la válvula será a lo sumo la presión máxima permisible ó admisible de la caldera.

8 INSTALACION DE UNA VALVUAL DE SEGURIDAD PARA CALDERAS La descarga debe ir a la atmósfera por una cañería firme, del diámetro adecuado (preferentemente separadas de otras descargas y de si mismas) y que el vapor no queme a nada ni a nadie ya que las descargas son muy violentas. Efecto Pop.

9 Porqué las presiones de disparo de las válvulas de seguridad deben se ajustadas en forma progresiva y no a igual valor? (Efecto pop) Porqué las válvulas de seguridad se abren y se cierran a una presión distinta? (efecto blow-down) (Mínimo 1 bar) Qué es el engripamiento de la válvula de seguridad? Cómo puede evitarse tirar innecesariamente vapor por un pico de presión?

10 VALVULAS DE ALIVIO A PALANCA Y CONTRAPESO

11 TAPÓN FUSIBLE

12 MANOMETROS DE PRESION Pueden ser de lámina o bien de resorte tubular (Manómetro de Bourdon). Todas las calderas deben contar como mínimo, con un manómetro de presión de tamaño adecuado. Se deberá marcar con una línea verde la presión de trabajo y con una línea roja la presión máxima permisible. Deben ser de acero inoxidable y frente de policarbonato. Su conexión deberá realizarse mediante un grifo y un tubo sifón ó pig tail (cola de Cerdo).

13 MANÓMETRO TIPO LAMINA

14 MANÓMETRO TIPO BOURDON Detalle de montaje

15 VALVULA DE AISLAMIENTO PRINCIPAL: Tiene por finalidad aislar a la caldera con su presión del resto de la instalación. Por norma esta debe ser de fundición nodular. Generalmente, esta válvula es una válvula globo acodada, con obturador a pistón con conexión bridada, salvo en pequeñas calderas en donde pueden ir roscadas. Pueden ser de accionamiento manual a través de un volante, o bien motorizadas, de apertura y cierre total. (Todo o nada).

16 Válvulas de globo vs Válvula de Interrupción Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería. Sin embargo para la salida principal de vapor se recomienda válvulas con el obturador a pistón.

17 VALVULAS PARA PURGA DE FONDO Todas las calderas deben contar como mínimo con una válvula de purga en los lugares bajos y de poca circulación. Son válvulas de cierre rápido, del tipo esférica de apertura y cierre total a ¼ de vuelta. Su accionamiento pueden ser manual o motorizado mediante el uso del aire comprimido. Por seguridad, siempre se recomienda instalar una válvula de accionamiento manual en serie con todas las demás.

18 VALVULA DE PURGA de FONDO

19 VÁLVULA DE PURGA DE FONDO Manija extraíble Pasaje UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONES - FACULTAD DE INGENIERIA

20 VALVULA DE PURGA MOTORIZADA CON ACTUADOR NEUMATICO

21 PURGA MANUAL DE FONDO Caldera Válvula de purga de fondo UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONES - FACULTAD DE INGENIERIA

22 LO QUE NO SE DEBE HACER EN LAS PURGAS DE FONDO

23 Válvulas de bola Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira 90. VÁLVULAS ESFERICA

24 VALVULAS DE RETENCION A CLAPETA OBTURADOR Y ASIENTO TIPO GLOBO OBTURADOR A BOLILLA VALVULA DE RETENCIÓN A DISCO

25 VALVULAS DE CONTROL

26 VÁLVULAS DE CONTROL Por dimensionamiento se entiende la determinación del tamaño de la válvula, que viene dado por su diámetro ó tamaño. Es evidente que hay razones económicas que hacen que esta tarea sea importante, hay que tratar que este dispositivo tenga el menor tamaño (y por lo tanto el menor costo). Pero también hay razones técnicas, ya que válvulas sobre dimensionadas pueden llegar a tener un pobre desempeño cuando trabajan en un lazo de control. El método más aceptado para el dimensionamiento es conocido como el Procedimiento de Cv. Cv ó Kv es el Coeficiente de Flujo de la válvula y depende del tipo, diámetro y grado de apertura de este dispositivo.

27 DEFINICIÓN DE COEFICIENTE DE CAUDAL Cuando el flujo pasa a través de una válvula o otro dispositivo restrictivo pierde una energía. El coeficiente de caudal es un factor de diseño que relaciona la diferencia de altura (Δh) o caída de presión (ΔP) entre la entrada y salida de la válvula con el caudal (Q). (líquidos) Q: Caudal ΔP: Diferencia de presión Sg: Gravedad específica (1 para agua) K: Coeficiente de caudal Kv o Cv Kv: es el coeficiente de caudal en unidades métricas. Se define como el caudal en metros cúbicos por hora [m 3 /h] de agua a una temperatura de 16 C con una caída de presión a través de la válvula de 1 bar. Cv: es el coeficiente de caudal en unidades imperiales. Se define como el caudal en galones US por minuto [gpm] de agua a la temperatura de 60 F con una caída de presión a través de la válvula de 1 psi. Kv = Cv Cv = 1,156 Kv

28 EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL EN CALDERAS Caldera con control de nivel modulado

29 SISTEMAS DE CONTROL A LASO CERRADO Comienza, por la medición, traducción y transmisión, comparación, medida de acción, sobre algún elemento de acción final. Los S.C. pueden ser: S.C. ON/OFF o bien S.C. MODULADO. DIAGRAMA EN BLOQUES BÁSICO DE UN SISTEMA DE CONTROL A LASO CERRADO

30 SISTEMA DE CONTROL DE PRESIÓN Presostato» Señal Analógica (Control Modulado) en tensión 0 a 10 Vcc. O en Corriente 4 a 20 ma.» Señal digital (Control On/Off) De Diferencial Fijo o Bien de Diferencial Variable. Dependiendo del sistema de alimentación de combustible, se actuará sobre válvulas reguladoras o válvula que habiliten o corten el caudal de combustible a los quemadores, ó bien sobre los transportadores. (Combustibles sólidos).

31 SISTEMA DE CONTROL EN CASCADA DE LA PRESIÓN DE TRABAJO El controlador de presión ajusta el set-point del controlador de caudal de combustible. A su vez el caudal de combustible actúa sobre un relé que determina la relación A/F para definir el punto consigna del controlador de aire el cual puede actuar sobre los dámperes o bien sobre la velocidad de giro del ventilador.

32 SISTEMA DE CONTROL EN CASCADA DE NIVEL DE AGUA DE CALDERA El control de nivel en cascada se logra midiendo simultáneamente el caudal de vapor demandado y el nivel de agua en la caldera. Ambas señales se comparan con un relé que actúa directamente sobre una válvula de control de agua de alimentación o bien sobre la velocidad de las bombas de alimentación. CENSADO-MEDCION DE NIVEL: Por sistema flotante. Por sondas. (Electrodos) Explicar Cableado.

33 CONTROL DE NIVEL ON/OFF POR SISTEMA FLOTANTE Flotador: La señal de salida puede ser todo o nada mediante un switch magnético o continua mediante un cable inductivo acoplado eléctricamente a un imán unido al flotador. Ventajas: Inmune a ruido eléctrico y a las condiciones del agua de caldera.

34 CONTROL DE NIVEL ON/OFF POR SISTEMA FLOTANTE Flotador McDonnell Visor de Nivel

35 CONTROL DE NIVEL ON/OFF CON SONDAS Son censores que trabajan por la conductibilidad eléctrica del agua. El controlador mide si la sonda está o no está inmersa en el agua y en función de ello emite la señal para el arranque o la parada de la bomba de alimentación. Se montan verticalmente directamente sobre el casco o el domo de la caldera con tubos de protección ó en botellas externas de nivel dispuestas lateralmente. Se pueden configurar en grupos de 2, 3 y 4 detectores según la cantidad de entradas del controlador. No hay partes móviles..

36 Sensores Capacitativos : La diferencia con los anteriores es que dan una señal continua que varía con el nivel. El principio de funcionamiento es que una barra de metal aislado está inmersa en el agua. Puesto que la constante dieléctrica del agua es muy elevada comparada con el aire o con el vapor, cuando el nivel del agua aumenta la capacitancia de la barra en relación con la masa aumenta. Este aumento es el que se puede medir con un controlador electrónico.

37 CENSADO DE NIVEL CON CENSORES CAPACITIVOS CON DOS CAMARAS EXTERNAS CON TUBOS INTERNOS DE PROTECCION

38 CONTROL MODULADO DE NIVEL CON SONDA CAPACITIVA

39 CONTROL DE NIVEL CON CELULAS DE PRESION DIFERENCIAL Se instalan de tal manera que en un lado de la célula haya siempre una columna de agua constante y en el otro lado otra columna pero de altura variable con el nivel. Para medir el nivel se recurre a la deformación de una membrana o galga. En función de ello esta señal se transduce a una señal electrónica. Pueden utilizarse métodos de capacitancia variable, inductivos u otros. APLICACIONES MAS USUALES: En calderas de potencia, (Acuotubulares), dónde se requiera alta calidad de vapor.

40 REGULACIÓN DE CAUDAL Y SU RELACIÓN CON LOS CONTROLES DE NIVEL MODULADO Los controles de nivel modulado básicamente pueden hacerse por: Control de velocidad en las bombas, o bien por Válvulas reguladoras de caudal. Cómo afecta esto en el funcionamiento de las bombas? H Bomb H Pérd H Pé3 H Pé2 H Pé1 H Bomb H Pérd n 1 n 1 n 2 H Stco n 3 H Stco St Q 3 Q 1 Q 2 Q 1 Caudal Q 3 Q 1 Q 2 Q 1 Caudal

41 SISTEMAS DE CONTROL DE SDT. Manual o automáticos mediante purgas de superficie, que pueden ir acompañadas con sistema de recuperación de energía. ESTE TEMA SE VERA EN DETALLE EN LA CLASE CORRESPONDIENTE A TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS

42 SISTEMA DE BOMBEO PARA ALIMENTACIÓN DE AGUA DE CALDERA BOMBA CENTRIFUGA MULTIETAPA DE PUNTA DE EJE LIBRE

43 BOMBAS RADIALES (PELTON) VENTAJAS: Tamaño reducido y menor costo, comparado con las bombas de desplazamiento positivo y bombas centrífugas de etapas múltiples, con las mismas condiciones de presión y caudal. Caudales cts. con alturas manométricas variables. Bombeo de líquidos calientes. Puede operar con fluidos que contengan hasta 20% de gases o vapores. Sentido de operación reversible. No vaporiza líquidos próximos a su temperatura de ebullición. Simplicidad de diseño y mantenimiento. No genera cargas axiales sobre los rodamientos. Descarga de la vena líquida sin pulsaciones.

44 BOMBA CENTRIFUGA VERTICAL MULTICELULAR Curva característica

45 SELECCIÓN DE BOMBAS PARA CALDERAS CAUDAL: Depende de la tasa de vaporización de la misma y el tipo de operación que ha de funcionar la bomba. Teóricamente debería ser igual al de la tasa de vaporización de la caldera. (Concepto que sería válido si la demanda de vapor (y purgas) es más o menos ctte). En principio como regla práctica se suele tomar 2 a 2,5 veces el caudal másico de vaporización cuando el sistema de control de nivel es ON/OFF. Cuando el control de nivel es modulado, se puede considerar un caudal de 1,3 a 1,5 veces el caudal másico de vapor generado.

46 ALTURA ó CARGA TOTAL DE OPERACIÓN: Viene impuesta por la diferencia algebraica entre la carga de la descarga y la carga de la succión. La carga de velocidad generalmente en estos casos se suele despreciar. Finalmente y por cualquier eventualidad, la altura de operación a especificar deberá aplicársele un factor de seguridad a la altura calculada.

47 NPSH (Net Positive Suction Head) ANPA ALTURA (NETA) DE PRESIÓN NECESARIA EN LA ASPIRACIÓN PARA QUE UNA BOMBA CENTRÍFUGA NO CAVITE EN TODO MOMENTO SE DEBERÁ CUMPLIR QUE: P man. Es la presión manométrica del tanque de Agua de Alimentación, y H hid. es su altura hidroestática con relación a la estrada de la bomba, en este caso positiva. Definido el caudal y la altura, estaríamos ya en condiciones de calcular la potencia de la bomba. La selección final de la potencia, siempre será la inmediata superior a la calculada.

48 INYECTOR MANUAL DE AGUA Tienen por finalidad alimentar agua a la caldera en caso de corte de energía o en una situación de emergencia cuando falla algún componente del sistema de bombeo. ESQUEMA Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Cámara de Agua Tubo de Mezclado Tubo de Descarga Tobera Reservorio de Agua Fría Cámara de Mezclado

49 El inyector solamente podrá funcionar con agua fría (menos de 35 C), y presiones de vapor superiores a los 2 Bares. Se recomienda que el tanque de agua fría se encuentre elevado. A-Vapor a alta presión procedente de la caldera, B- Válvula de aguja, C- Manija de la válvula de aguja, D- Aquí se mezclan el vapor y el agua, E- Entrada de agua, F- Cono de mezcla, G- Boquilla y cono de salida, H- Cavidad y tubo de salida, K- Válvula Anti-retorno.

50 INYECTOR DE AGUA PARA CALDERAS DE PROCESO CARACTERÍSTICAS: Presión de trabajo: 50 a 150 PSI (vapor) Material: Bronce Conexión: Hilo "NPT Capacidad de succión: 1 a 3 MT. Temp. máxima del agua a inyectar: 20 C. Esquema de instalación

51 ENFRIADOR DE MUESTRAS

52 EQUIPOS AUXILIARES

53 TANQUE DE AGUA DE ALIMENTACIÓN DE CALDERA CON SUS ACCESORIOS

54 TANQUE DE AGUA DE ALIMENTACION

55 DEPURADORES DE GASES CICLÓNICOS SEPARACION GRUESA

56 DEPURADORES DE GASES MULTICICLÓNICOS CON MICRO-CICLONES

57 DEPURADORES DE GASES DE COMBUSTIÓN CON FILTROS DE MANGA

58 DETALLE INTERNO DEPURADORES CON FILTROS DE MANGA

59 DEPURACIÓN GRUESA Y FINA DE GASES

60 DEPURADORES HUMEDOS DE GASES TIPO CICLONICO

61 DEPURADORES HUMEDOS DE GASES LAVADOR TIPO VENTURI

62 PRESIPITADORES ELECTROESTATICOS PARA PURIFICACIÓN DE GASES

63 PRESIPITADORES ELECTROESTATICOS PARA PURIFICACIÓN DE GASES

64 VENTILADORES Y CHIMENEAS Estos equipos se verán con mayor detalle en la unidad: TIRO EN LOS GENERADORES DE VAPOR

65 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION Ing. Roberto R. Burtnik JTP S.E. Cátedras: Máquinas e Instalaciones Térmicas 1 y Construcciones e Instalaciones Industriales Dto de Ing. Electromecánica