7/23/2019 Control de Nivel en Una Caldera de Vapor Acuotubular

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CONTROL DE NIVEL EN UNA CALDERA DE VAPORACUOTUBULAR

1. Buscar en Internet, libros, revistas o co!a"#as $abricantes, lain$oraci%n re&ueri'a !ara reali(ar el traba)o.

Hemos incluido al fnal del trabajo la lista de sitios web encontrados, librosutilizados y reerencias usadas para el trabajo.

*. Describir el !roceso, uni'a'es !ro'uctivas, e&ui!os usa'os,aterias !rias, etc.

*.1. Descri!ci%n 'el !roceso+Las calderas acuotubulares trabajan con el principio de circulacin deagua. El agua de alimentacin ra se introduce en el caldern de vapor ybaja por los tubos descendentes asta el caldern de lodos, debido a !uetiene una densidad superior a la del agua caliente. "u densidaddisminuye cuando pasa por el tubo de subida #vaporizadores$, donde se

calienta ormando burbujas de vapor. El agua caliente y las burbujas devapor pasan al caldern de vapor una vez m%s, donde el vapor se separadel agua. "in embargo, cuando la presin en la caldera acuotubularaumenta, se reduce la dierencia entre la densidad del agua y el vaporsaturado, por consiguiente ay menos circulacin.

ra-co N1+ Es&uea 'e una cal'era acuotubular 'e va!orsatura'o / sobrecalenta'o

&omo se ve en el grafco el agua l!uida entra al economizador #'$,donde se calienta asta una temperatura pr(ima a la de saturacin

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#)$, se introduce en el caldern y desciende por los tubos de riego#*+*$ asta el colector #tambor de lodos$ inerior, distribuy-ndoseacia los tubos vaporizadores, donde se orman las burbujas de vapor#+/$ !ue a su vez se separan en el caldern de vapor #0$. El vaporsaturado #1$ puede calentarse por encima de su temperatura desaturacin en el sobrecalentador #2$. La circulacin del agua por lostubos de bajada y de subida #vaporizadores$ se da por conveccinnatural, debido a la dierencia de densidades entre el agua dealimentacin y el agua caliente #contenidos en los tubos ascendentes$.

*.*. E&ui!o usa'o en la o!eraci%n.

ra-co N*+ Partes 'e una cal'era acuotubular 'e va!orsatura'o / sobrecalenta'o

3na caldera acuotubular est% constituida por las siguientes partes4

TA0BOR DE VAPOR+ Es el lugar donde el agua y el vapor seseparan. 5!u se encuentra la entrada de agua de alimentacin, lacual entra bajo control de nivel. 6odos los tubos de 7ujo ascendente ydescendente van acoplados a este tambor. E(iste tambi-n una salida

de vapor acia el sistema de proceso o a un sobrecalentador. En eltambor de vapor se instalan v%lvulas de alivio o de escape paraproteger al sistema.

El m-todo de separacin del agua y del vapor es el mismo en lamayora de las calderas y se lleva a cabo en un separador mec%nico oen un separador ciclnico. La mezcla de vapor y de agua procedentedel az ascendente se dirige al separador ciclnico por medio de unaplaca de7ectora. La uerza centruga en el cicln separa las gotas deagua, y el vapor sale del cicln y pasa a trav-s de m%s separadoresasta !ue se tiene vapor relativamente seco para uso en las unidadesde proceso.

TA0BOR DE LODO+ Los tambores de lodos son los cabezales derecoleccin en el ondo de los aces de tubos ascendentes y

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descendentes. 8e estos tambores de lodos se e(trae la purga. Lapurga es el l!uido !ue se e(trae de la caldera para mantener baja laconcentracin de slidos en el agua de la caldera.

9ormalmente ay dos corrientes de purga, una es una purga continuade una cantidad fja de agua, la otra es intermitente. La purga

intermitente se ajusta para mantener el agua de calderas dentro dela especifcacin de slidos disueltos !ue se estipule.

VENTILADOR+ "on los encargados de suministrar el aire para lacombustin en las calderas de tiro orzado y de sacar los gases desdeel ogar acia la cimenea en las calderas de tiro inducido. 8ebentener una capacidad superior en un '/: al 7ujo a m%(ima carga parasuplir las perdidas por ensuciamiento de la caldera, disminucin de lacalidad del combustible o desgaste de los mismos ventiladores.

CALENTADOR DE AIRE+ Es un intercambiador generalmente convapor de baja presin !ue se condensa y retorna al sistema comoagua de alimentacin. La temperatura normal del aire entrando alcalentador de aire debe estar entre ';

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6ener orma y dimensiones adecuadas para asegurar !ue losgases llene el ogar proporcionando absorcin t-rmica optima entodas las partes.

4UE0ADORE+ "on los elementos de la caldera encargados de

suministrar y acondicionar el combustible para mezclarlo con el aire yobtener una buena combustin. 8eben producir una llama estable yuniorme de manera !ue se realice una cierta distribucin en elogar.Los !uemadores de gas son perorados y por sus orifcios el gas debesalir a una velocidad mayor !ue la del aire para asegurar unapenetracin integra del corro de aire.

TUBO DECENDENTE+Los !ue bajan el agua m%s densa del tamborde vapor al tambor de lodos.

TUBO ACENDENTE+"on los tubos por donde sube el agua !ue a

perdido densidad y va al tambor de vapor.

OBRECALENTADOR+ Es un e!uipo !ue orece una superfcie deabsorcin de calor por medio de la cual se eleva la temperatura delvapor por encima de su punto de saturacin. Entre las principalesrazones para realizar este trabajo tenemos4

"e aumenta la efciencia total de la unidad. "e aumenta la ganancia termodin%mica del vapor. "e obtiene un vapor m%s seco.

C3I0ENEA+&onducto por donde salen los gases de combustin.ACCEORIO ALTERNATIVO DE LA CALDERA %lvulas de seguridad. %lvulas de aguja o de purga. %lvulas de control. %lvulas de corte. Fndicadores de temperatura. Fndicadores de presin. Fndicadores de nivel. 6ransmisores de 7ujo.

6ransmisores de nivel. 5nalizador de o(geno. Girillas.

*.5. 0aterias !rias.La materia prima para la produccin de vapor es el agua, sin embargo,debido a la presencia de contaminantes en las aguas naturales, esnecesario acondicionar el agua antes de usarla en los sistemas degeneracin de vapor. El acondicionamiento consiste en unpretratamiento o tratamiento e(ternoI y el tratamiento interno delagua de calderaI. El agua contiene gases disueltos !ue causa problemasde corrosin y sales !ue precipitan selectivamente sobre la superfcie de

tubos en orma de cristales. Las incrustaciones se presentan en zonasde alta transerencia de calor, ya !ue e(iste una elevada temperatura y

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una alta evaporacin, lo cual incrementa la concentracin de slidosdisueltos. La presencia de incrustaciones en las %reas de transerenciade calor causa problemas de efciencia, debido a !ue disminuye latranserencia de calor por su caracterstica aislanteB adem%s, promueveun aumento de la temperatura del tubo !ue puede traducirse en posiblealla o rotura del mismo.

Acondicionamiento del agua de alimentacinLa vida >til de una caldera y sus au(iliares, est% estrecamenterelacionada con el correcto acondicionamiento del agua. El agua dealimentacin de caldera generalmente contiene slidos disueltos o ensuspensin en mayor o menor grado, dependiendo de los tratamientosprevios a los cuales uera sometido. El vapor generado, producto de estaagua y antes de abandonar al domo, es sometido a una serie deseparadores cuya fnalidad es la de separar estos compuestos,obteniendo fnalmente vapor pr%cticamente puro. Estos slidos, !ue ansido dejados atr%s, nuevamente se mezclan con el agua del domo

aumentando cada vez m%s su concentracin. "i esta e(cede los lmitesde solubilidad se producir% su precipitacin. Esta es com>nmentecristalina por naturaleza y posee la particularidad de fjarse en orma dec%scara a las superfcies met%licas de las paredes de los tubos.Jumicamente, estas c%scaras consisten en compuestos insolubles decalcio y magnesio, present%ndose algunas veces cementado dentro deuna masa muy dura de (idos de silicio. Cajo condiciones severas depresin y temperatura, -stas pueden estar constituidas total oparcialmente de complejos silicatos y (idos de ierro o cobre. Elaumento en la presin o la temperatura aceleran dr%sticamente laormacin de estas.

Pre-tratamiento del agua de alimentacin.En esta etapa se elimina o se reduce los compuestos de calcio,magnesio o slice antes de !ue -stos lleguen al domo. Las cantidades deslidos totales en el vapor no slo dependen de la efciencia de losseparadores y de la concentracin del agua del domo, sino !uedependen uertemente de la concentracin de slidos en el agua dealimentacin !ue en -l ingresa.

Tratamiento dentro del domo.Gediante la inyeccin de productos !umicos al mismo se logra la

precipitacin de los compuestos de calcio y magnesio de tal manera !ueormen barros o se mantengan en solucin pudiendo ser %cilmentee(trados mediante las purgas,

Purga continua?or >ltimo, mediante la e(traccin continua de una determinadaproporcin de agua de domo, se lora reducir la concentracin de slidosen este medio. La cantidad de agua de la purga continua puede inerirsey controlarse autom%ticamente mediante la medicin de laconductividad de agua en el domo #medida en ppm$, controlando deeste modo la cantidad de agua a purgar mediante el uso de una v%lvulade control.

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5. Describir los ob)etivos 'el control !ara la tarea. Describir+Control 'e nivel en el 'oo

En toda caldera !ue se encuentre operando, resulta casi obvio !ue lacantidad de agua !ue en -l ingrese, se deba e!uilibrar con la cantidadde vapor producido, sumando a este >ltimo, las purgas. Este estado de

e!uilibrio tiene como par%metro indicativo al nivel del domo, el cualdebe mantenerse en todo momento dentro de una estreca ranja.

"i el nivel del domo baja por debajo del nivel de los tubos, estos >ltimosno ser%n rerigerados correctamente y en consecuencia aumentarar%pidamente su temperatura, origin%ndose probablemente la rotura delos mismos. ?or el contrario, si este nivel sube demasiado, restara lugarpara !ue el vapor se separe satisactoriamente del agua, resultandoen el arrastre de agua y slidos al sobrecalentador yDo e!uiposde proceso posteriores.

?ara llegar al nuevo estado de e!uilibrio es obvio !ue la masa de agua

!ue ingresa en el domo se iguale a la masa de vapor !ue sale de -l,manteni-ndose de esta manera un nivel constante. Esto se cumplir%para el nuevo estado de e!uilibrio entre demanda y produccin de lacaldera.

?ero debido a las variaciones en la demanda y con el fn de alcanzar unnuevo estado de e!uilibrio, se deber% eectuar una variacin de la cargacombustin y de agua de alimentacin. &omo es de esperarse, esteacomodamiento a un nuevo punto de e!uilibrio no tiene lugarinstant%neamente, sino !ue e(iste una demora !ue dependeundamentalmente y entre otras cosas de la inercia t-rmica de lacaldera, la magnitud de dica variacin y de la respuesta del sistema de

control. Esta demora resultante es la principal causante de lasvariaciones de nivel en el domo. Estas variaciones pueden minimizarseimplementando controles de nivel !ue contemplen dicasperturbaciones.

El control de nivel de domo de una caldera es crtico tanto para laproteccin de la planta como para la seguridad. El propsito delcontrolador de nivel de domo es llevar al domo a su nivel de operacinen el arran!ue de la caldera, y mantener el nivel a una carga de vaporconstante.

6. Describir las variables 'el !roceso, los instruentos usa'os!ara su e'ici%n, las variables controla'as / las variablesani!ula'as, los !ar7etros 'e !roceso, los valores usuales 'elas !rinci!ales variables 'e !roceso / los la(os 'e controlusa'os !ara cu!lir los ob)etivos 'e control.

VARIABLE DE PROCEO EN EL LA2O DE CONTROL

9ivel de 5gua en el 8omo de la caldera. =lujo de li!uido =lujo de vapor

I N T R U 0 E N TO U A DO P A R A L A 0 ED ICION

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0EDIDA DE NIVEL0e'i'ores locales 'e nivel con cristal 'e re8e9i%n+"e utilizan normalmente en recipientes cerrados en los !ue la presin esmuy superior o muy inerior a la atmos-rica. La presin m%(ima detrabajo suele estar en torno a ; KgDcm) y la temperatura m%(imaalrededor de *;;

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=lujo del agua4 Gedidor tipo orte(. =lujo del vapor4 Gedidor tipo orte(.

VARIABLEariables &ontroladas4

9ivel de 5gua en el 8omo

ariables Ganipuladas4

=lujo de 5gua de alimentacin

Valores usuales 'e las !rinci!ales variables

Las condiciones !ue pueden observarse en una caldera oscilan desdepresiones de '; gDcm) y ');

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sera de esperar una disminucin del nivel en el caldern. "inembargo se da un proceso dierente, puesto !ue disminuye la presin y,como consecuencia, se producen m%s burbujas, ocasionando unaumento en el volumen de agua, aciendo aumentar el nivel cuandodebera disminuir. Este enmeno se denomina incazn o e(pansin.?or el contrario, ante un aumento de la presin por aber disminuido lacarga, el nivel de agua tiende a contraer su volumen, ocasionando elenmeno de contraccin.

3n aumento r%pido en el caudal de agua tiende a reducirtemporalmente la ormacin de burbujas en los tubos, todas estasreacciones tienden a e!uilibrarse en pocos segundos, pero en losprimeros momentos responde en direccin inversa a la correcta. En basea todo lo anterior, el sistema de control del agua de alimentacinnecesita responder r%pidamente a los cambios de carga para mantenerconstante la cantidad de agua almacenada.