Controles de Prueba de Presión de Aire

Hoy en el blog de Las Maquinas Industriales
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 Las calderas que usan combustible pesado No.6 necesitan para el encendido: Aire de combustión, producido por un ventilador, y el aire de atomización generado por un compresor de aire, a la presión requerida por el quemador.

Existen por lo tanto dos controles:

1. Control de presión de prueba del aire de combustión
2. Control de presión de prueba del aire de atomización

1. Control de prueba de aire de Combustión

        Es un interruptor sencitivo a la presión, de diafragma, y que se mueve por medio de la presión del aire del ventilador (rango de 3 a 35 Pulgadas de columna de agua).
 
        El contacto se cierra al probar que hay suficiente presión de aire para combustión, de lo contrario se mantendrá abierta y la caldera no podrá ser puesta en marcha ya que éste forma parte del control del quemador.

        Algunas calderas no traen estos controles sino que utilizan el interruptor de prueba de aire de atomización para el mismo fin, puesto que la presencia de aire para atomización es producida por la bomba de aire (compresor) impulsada por una correa del motor ventilador.

        En algunas maquinas industriales, adicionalmente a las calderas, ciertos tipos de estos controles poseen una escala diferencial ajustable en el rango de 0,2 a 0,8; o de 1 a 3 Pulgadas de columna de agua. La presión máxima soportada sin producir fallos de presión es de 1,5 psi.

Otros tipos traen un enclavamiento macánico que exige al operario reestablecer su funsión manualmente


2. Control de presión de prueba del aire de Atomización



      Es utilizado para comprobar la presencia de aire producido por el compresor a la presión apropiada para la atomización en la boquilla del quemador.

      La presión mínima del aire necesaria en las boquillas es de 7 psig, incrementándose de 10 psig a 12 psig cuando la caldera trabaja en fuego bajo, y a 25 psig o 30 psig en fuego alto.

      Si la presión baja a 7 psig, la caldera no funcionará, ya que éste interruptor abre su contacto desconectando el circuito de control del quemador.

Controles de Temperatura del Combustible

Seguimos hablando de Calderas en nuestro blog Maquinas Industriales el día de hoy hablaremos de los:

Controles de Temperatura del Combustible

        Estos dispositivos controlan las altas o bajas temperaturas del combustible No.6. Consiste en un elemento sensible que responde a los cambios de temperatura y a través de un diafragma o fuelle, un acoplamiento mecánico actúa un interruptor para mantener la temperatura dentro de un límite determinado.

        Los sistemas térmicos de estos controles de temperatura comprenden: El Bulbo, un elemento de expansión y un tubo capilar que conecta al bulbo y el elemento de expansión.

Estos se dividen en cuatro clases:

• Líquido no metálico: El sistema térmico está completamente lleno de un líquido no metálico y opera por el principio de la expansión de éste.
• Líquido volátil: El sistema está parcialmente lleno de un líquido volátil y opera por el principio del cambio de presión con la temperatura.
• Gas: El sistema está lleno de un gas y opera por el principio del cambio de presión por la temperatura
• Mercurio o Mercurio Talio: El sistema térmico está lleno con mercurio en amalgama eutéctica, que opera por el principio de dilatación de líquido.

Nosotros nos referiremos a éste último por ser el más comercialmente conocido en las maquinas industriales y de mayor precisión.


En la caldera de combustible pesado No. 6 que poseen calentadores eléctricos y de vapor para el combustible encontramos los siguientes controles termostáticos

1. Control de baja temperatura del Combustible
2. Control de temperatura del calentador eléctrico de combustible
3. Control de temperatura del calentador de combustible No. 6 con vapor

1.- Control de baja temperatura del Combustible


Es un interruptor termostático que evita el arranque del quemador o lo para si la temperatura del aceite combustible está más baja de lo necesario para la operación adecuada del quemador. Este termostato no requiere de escala diferencial y deberá poseer un contacto normalmente abierto que se conecta eléctricamente al control programador.


2.- Control de Temperatura del Calentador Eléctrico de Combustible


Este control elimina la posibilidad de que el calentador eléctrico opere cuando el calentador de vapor esté funcionando. La temperatura al a que debe estar colocado este termostato debe ser a unos 200°F, y es más baja que la del termostato de vapor. Este calentador eléctrico industrial sirve para proveer aceite combustible a la viscosidad adecuada a la caldera durante, o antes de que el vapor esté disponible. Este termostato manda a conectar o desconectar la bobina del contactor que suministra energía a las resistencias del calentador y requiere de una escala diferencial ajustable para que la maquina opere en el rango de temperatura adecuada.
 

3.- Control de Temperatura del Calentador de Combustible No.6 con Vapor


Cuando en la caldera ya se ha producido vapor y mediante una válvula reguladora de presión se le suministra al calentador a una presión de 15 psi. La temperatura a que debe estar regulado es entre 200 y 230°F, y el calentador eléctrico se apagará automáticamente tan pronto trabaje el calentador de vapor elevando la temperatura de seteo del termostato enunciado en el literal 2.

Además, el termostato mandará una señal eléctrica a la válvula solenoide del suministro de vapor para que cierre o abra según lo requerido.


Algunos termostatos instalados en estas maquinas industriales traen un condensador que les sirve para eliminar la chispa producida por los contactos
 

Descripción y Funcionamiento de Controles Eléctricos y de Interconexión Parte II

En nuestro blog Maquinas Industriales damos seguimiento al tema Calderas, en la entrada anterior vimos los controles eléctricos, ahora veremos:

Controles de Nivel de Agua

        Las Calderas de operación automática deben estar provistas de un interruptor de bajo nivel de agua, el cual impide el funcionamiento del quemador mientras no exista suficiente agua en la caldera, y de otro interruptor que controle la alimentación del agua para mantener la caldera en operación continua y/o para evitar la inundación en la misma.

        Además deberá estar equipada con indicadores de nivel (tubos de vidrio) que permitan la identificación visual de la cantidad de agua que tiene la caldera en todo momento, y de una alarma por bajo nivel de agua.

Existen tres tipos de controles de nivel de agua, los más comunes son

1. Control de nivel de agua por flotador
2. Control de nivel de agua por electrodos
3. Control de nivel de agua por ampolletas magnéticas.

        Los tres tipos de controles desempeñan la misma función pero sus mecanismos son completamente diferentes
 
  1.- Control de Nivel de Agua por Flotados:

        Está compuesto por cuatro partes principales

• El Receptáculo, que está construido de Hierro fundido y está roscado en la parte superior e inferior para conectarlo a través de la tubería a la caldera
• El Cabezal, compuesto por la caja que contiene los interruptores (ampolletas de Mercurio) para bajo nivel de agua y para controlar la alimentación de agua a la caldera.
• El vidrio visor, es un tubo vidrio templado y resistente a la temperatura que nos permite vigilar en todo momento el nivel del agua del interior de la caldera.
• Las válvulas de control, son las que nos permiten referenciar el nivel adecuado del agua de la caldera y nos permiten realizar purgas de nivel de columna.

 

En la figura anterior se muestran: el control de nivel de llenado de agua y el control auxiliar.

En el principal monitorearemos tres niveles: El nivel Alto (marca "A" en el visor) donde la bomba de alimentación de agua de la caldera estará apagada y el quemador está en condición de trabajo. El nivel Medio (marca "B" en el visor), en este punto la bomba de agua de la caldera arranca y el quemador seguirá aun en condición de trabajo si no existe otra causa

En el nivel bajo (marca "C" en el visor) el quemador se apaga y suena una alarma.

Estos controles de flotador se montan a través de un tubo a la parte superior de la caldera (Cámara de vapor) y por la parte inferior con un tubo que va a la parte media de la caldera (Cámara de agua), con el objeto de equilibrar presiones y obtener el correcto nivel de agua.

  2.- Control de Nivel de Agua por Electrodos


        Consiste en un control eléctrico de baja sensitividad aplicado a sustancias de 20.000 ohm/cm de resistencia específica, sus componentes eléctricos son los siguientes:

• Un transformador de 12 V. en primario y 300V. en el secundario para el caso de agua dura.
• Un Relay de dos o tres contactos, normalmente cerrados o normalmente abiertos según la aplicación
• Dos, tres o cuatro electrodos según sea la aplicación
• Reseptáculo de hierro fundido
• Tubo visor para observar el nivel del agua
• Tres válvulas de prueba
• Dos conexiónes roscadas para el montaje en la caldera

        Cuando la caldera no tiene agua, los controles del relay se mantienen en sus posiciones de normalmente cerrados, en el secundario del transformador no circula corriente dado que los electrodos no cierran el circuito. En vista que se requiere alimentar de agua la caldera, el arrancador de la bomba de agua se conecta en serie con un contacto normalmente cerrado, y así ésta funciona. Al llenar la caldera hasta el nivel alto, cierra el circuito eléctrico a través de los electrodos 9-10, se energiza la bobina del relay, se transfiere la posición normalmente cerrada del contacto 3-4 a posición abierta, y se desconecta la bomba de agua.

        Al genera vapor el agua comienza a bajar, el relay se retroalimenta por medio de los electrodos 7 y 9; pero al llegar a la marca media del visor de nivel, estos rompen el circuito y nuevamente se desenergiza la bobina del relay, cierra el contacto 3-4 a su posición normalmente cerrada repitiéndose el ciclo indefinidamente


        Para el control de bajo nivel de agua, se recomienda instalar un dispositivo similar al anterior con solo dos electrodos en la parte superior de la caldera y con circuito independiente, los extremos de los electrodos deberán estar al mismo nivel del limite inferior de nivel de agua en el vidrio visor. Este par de electrodos funcionarán como un simple interruptor que acciona eléctricamente el relay y desconectará el programador de la caldera por bajo nivel de agua.


  3.- Control de Nivel por Ampolletas Magnéticas


        El principio mecánico es similar al control de nivel por flotador de ampolletas de mercurio utilizado en otras maquinas industriales, con la diferencia que en este caso el control eléctrico funciona a través de ampolletas magnéticas.


Sus componentes son los siguiente:

• Receptáculo de hierro fundido
• Varilla desplazable verticlamente con flotador
• Ampolletas magnéticas

Algunos dispositivos de estos traen incorporadas las válvulas de prueba y visor de nivel de agua, pero generalmente se instalan independientes.

La ampolleta #1 corresponde al bajo nivel de agua (marca "C"), la ampolleta #2 corresponde al nivel mínimo normal de agua (marca "B") y la ampolleta #3 al nivel alto de agua (marca "A"). En este circuito es necesario incorporar un relay auxiliar para la retroalimentación de energía.


Cuando la caldera está vacía la ampolleta 1 abre el circuito y el quemador se apaga. La ampolleta 2 y 3 cierran el circuito y energiza la bomba de agua el relay magnético R cerrando el contacto CR. A medida que el nivel de agua sube y llega a la altura de la ampolleta #1, ésta cierra el circuito, y el quemador está en condiciones de operar; cuando se alcanza el nivel de la ampolleta #2, ésta abre el circuito pero no interrumpe el funcionamiento de la bomba de agua ya que se está retroalimentando por el contacto CR. Finalmente cuando el nivel de agua alcanza la ampolleta #3, ésta abre su contacto, desconectando la bomba de agua y el Relay R.


        Luego al generarse vapor el nivel de agua comienza a descender, y un poco mas abajo de la ampolleta #3, ésta cierra su contacto sin afectar en lo absoluto; si continua bajando el nivel de agua hasta un punto más bajo de la ampolleta #2, ésta cierra su contacto y nuevamente enciende la bomba y energizando el relay R, repitiéndose la operación durante el funcionamiento normal de la caldera. En caso de existir fallas en el sistema de control de nivel de agua, el nivel de agua puede llegar a bajar más de la ampolleta #1 y esta abrirá su contacto desconectando el quemador.

Descripción y Funcionamiento de Controles Eléctricos y de Interconexión Parte I

Siguiendo con el tema de las Calderas en nuestro blog Maquinas Industriales hoy haremos una descripción de los fundamentos de los controles eléctricos e interconexiones, para lo cual haremos la siguiente reflexión

De los controles conocemos lo siguiente:

• En la Caldera se produce vapor, por tanto, hay necesidad que se controle la presión, apagando y encendiendo el quemador cuando la presión ha llegado al límite de operación, y además, si por cualquier motivo la presión ha sobrepasado ese valor.
• Cuando se tiene tiro forzado, es necesario controlar la presión del aire de combustión (aire secundario).
• Cuando se usa aire para atomizar el combustible (aire primario), será también necesario controlar su presión.
• Al utilizar combustible pesado No.6, existe la necesidad de precalentar para disminuir la viscosidad y llevarlo cerca de un punto de inflamación ocupando un calentador eléctrico o de vapor; por lo que se requiere controlar la temperatura tanto de alto como de baja del combustible.
• Para obtener una adecuada combustión es necesario que la cantidad de combustible y aire sean mesclados correctamente, por lo cual se requiere modular automáticamente el aire-combustible.
• Es necesario detectar si la llama dentro de la cámara de combustión es correcta, para mandar a detener o mantener operando el quemador.
• Al estar generando y utilizando vapor, el nivel del agua de la caldera deberá ser controlado.

Por lo tanto, considerando los aspectos anteriores es indispensable utilizar los controles eléctricos que a continuación detallaremos


Control de Presión de Vapor


Es un dispositivo electromecánico que se emplea para controlar la presión de vapor de la caldera. Estos pueden ser del tipo de tubo de Bourdon, fuelle o de diafragma, que responden a un cambio de presión y a través de un acoplamiento mecánico actúan un interruptor o un potenciómetro para mantener la presión dentro del límite predeterminado manualmente.

  

Algunos ejemplos de Controles de presión

  
   Generalmente en las calderas se cuenta con cinco controles de presión que básicamente funcionan bajo el mismo mecanismo:


      a).- Control de límite de operación
      b).- Control de límite para fuego bajo
      c).- Control de límite de fuego bajo
      d).- Control de presión proporcional
      e).- Control de límite alto




a).- Control de límite de operación

Este control manda a parar la operación de quemador de la caldera cuando la presión a alcanzado la presión de trabajo, la cual ha sido colocada en la escala principal, y encender el quemador cuando la presión baja hasta el punto donde se ha determinado el diferencial (presión máxima del trabajo menos el diferencial)


b) y c).- Control de límite para fuego alto y fuego bajo

El control de límite para fuego bajo, es un dispositivo similar al anterior, con la diferencia que es seteado en la escala principal a una presión de 25 o 30 psi con la intención de arrancar la caldera a fuego bajo, y así evitar daños consecuentes en la estructura de la misma.

El control de límite para fuego alto, tiene las mismas características físicas que el de fuego alto, pero en este caso se setea de 20% o 25% menor a la presión de operación obteniéndose con ello que la caldera pare en fuego bajo, también
con el propósito de proteger la estructura.

Ambos controles sólo requieren de una escala (escala principal) y pueden ser de ampolleta de mercurio o microswitch.


Algunas características eléctricas y mecánicas comunes a todos los dispositivos de presión son las siguientes:


Corriente                       : 9,8/4,9 Amp. a plena carga
Voltaje                          : 120/240 Voltios
Máx. temp. ambiente      : 150 F
Conexión                       : 1/4 NPT hembra
Elemento sensitivo         : Diafragma de acero inoxidable
Sistema de unid escala    : psi y Kg./cm²


d).- Control de presión proporcional (Modulador)

Este es un dispositivo de control proporcional de posición, y difieren de los otros tipos por el hecho que el mecanismo eléctrico es un potensiómetro variable en lugar de un interruptor. El potensiómetro tiene un contacto deslizante que se mueve a través de una bobina resistiva de 140 ohmios (nominal). Este contacto deslizante es movido por el elemento sensible del controlador y es éste el que se interconecta eléctricamente con el motor modulador para la regulación de la cantidad de la mescla aire-combustible.


Por tal razón, este dispositivo consta de dos escalas ajustables, una principal y otra diferencial, esta última graduada con letras A y F y el valor de cada división depende del rango de presión de la escala principal.


Otras características:


Voltaje                                   : 24V ac
Elemento sensitivo de presión   : Fuelle de bronce fosfórico
Máx. temp. ambiente               : 150 F (66C)
Míni. temp. ambiente               : 32 F   (0C)
Punto de seteo                        : El terminal móvil deberá estar en el extremo B del potensiómetro cuando la caldera se encuentre con presión igual a 0.

Además para la interconexión eléctrica posee un block terminal (W, R y B), en donde la resistencia se incrementa a medida que el elemento móvil del potenciómetro se desplaza desde W hacia B

NOTA: Se recomienda que todos los controles de presión, sean instalados en la caldera a través de un tubo sifón tipo rabo de cochino.

 

Sistema Eléctrico Principal

En nuestro blog Maquinas Industriales sequiremos hablando de calderas, en ésta ocasción hablaremos de


1.- Sistema Eléctrico Principal.

Generalmente la mayoría de las calderas tienen incorporadas las siguientes cargas eléctricas:

• Motor para el Ventilador
• Motor para la Bomba de Agua
• Motor para la Bomba de Combustible
• Motor para el Compresor de Aire
• Calentador eléctrico de combustible
• Circuito de Control

El sistema de alimentación de energía eléctrica recomendado para la conexión adecuada de las calderas de tubos de humo de combustible No.6 es el siguiente:
 

a) Tres Arrancadores

b) Tres Arrancadores


       - Arrancador magnético para el Motor Ventilador y Compresor
       - Arrancador magnético para el Motor de la Bomba de Agua
       - Arrancador manual para el Motor de la bomba de Combustible


c) Un transformador monofásico para el circuito de control de 22 o 480 Voltios a 110 Voltios en 550 Watts para protección del programador


       - Un relé magnético para las resistencias del calentador eléctrico.


       Para el correcto funcionamiento del equipo eléctrico, es conveniente que  el voltaje se mantenga lo más constante posible. Esto es de vital importancia para el circuito de control, el cual no admite variaciones en mas o menos 10% de los 110 Voltios nominales.

Las capacidades de las distintas cargas eléctricas consideradas en las calderas de hasta 150 cc. se presentan en el siguiente cuadro:



2.- Sistema Eléctrico de Control

Los controles eléctricos que realmente se suministran con una determinada caldera dependen del combustible a utilizar, así como del sistema para el cual esté diseñada.


El técnico y operador deberá identificar y localizar cada control o componente, además de familiarizarse con sus funsiones individuales antes que trate de entender la operación de la caldera y procedimientos de mantenimiento.


El término control cubre los controles eléctricos y los dispositivos monitoreados por el control programador usado en muchas maquinas industriales


La secuencia de operación de arranque hasta el paro, es gobernado por el programador junto con la operación de dispositivos de límite e interconexión.


El circuito de control del quemador opera a 115 V. 1 Ph, 60 Hz.

Funcionamiento de una Caldera Pirotubular de Combustible No.6

En nuestro blog: Maquinas Industriales, daremos seguimiento al tema de las Calderas, el día de hoy trataremos el tema del Funsionamiento de una Caldera Pirotubular de hasta 500 HP de Combustible N.6.

Con el propósito de realizar una operación eficiente y un mantenimiento adecuado de las Calderas, es indispensable para el técnico y el operador conocer detalladamente cada uno de los componentes de la Caldera, su función e interconexión entre ellos.

Las especificaciones técnicas de las calderas y sus componentes deben satisfacer las siguientes normas:

ASME  :  American Society of Mechanical Engineering (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos)

ASTM : American Society of Testing Materials (Sociedad Americana de Prueba de Materiales)

NFPA : National Fire Protection Association(Asociación Nacional de protección Contra el Fuego)

FM     : Factory Mutual (Laboratorios Asociados) y otras más.


Descripción y Funcionamiento del Sistema Eléctrico

Las Calderas de tipo escocés marino (con quemador incorporado), vienen diseñadas de tal forma que estas operen en forma automática con la intervención mínima del operador. Para ellos, el fabricante a recurrido a los distintos circuitos eléctricos de control, componentes y dispositivos que variarán de acuerdo al tipo de caldera.

Por tanto, se tienen dos subsistemas eléctricos:

• Sistema eléctrico principal
• sistema eléctrico de control

A continuación explicaremos en detalle cada uno de estos sistemas 

Descripción de una Caldera Pirotubular de Combustible No.6

Siguiendo con el tema Calderas en nuestro blog Maquinas Industriales, a continuación describiremos los componentes principales de una caldera de tubos de humo, alimentada con aceite No.6 mejor conocido como Bunker C

1.- Cuerpo de la Caldera 

• Hogar o tubo central
• Recipiente con tubos de fuego
• Espejos
• Mampara

En el cuerpo de la caldera se encuentra el área de transferencia de calor superficie de calefacción), por lo que se requiere un buen diseño de esta parte de la caldera y limpieza completa del lado de agua y fuego para el máximo rendimiento del equipo.
Los muros de apoyo deberá ser resistentes a los esfuerzos de dilatación y compresión térmica.
El cuerpo de la caldera deberá ser aislado con fibra de vidrio de 2" de espesor

2.- Quemador

• Ventilador para el aire de combustible
• Compresor de aire para atomizador
• Bomba de Combustible
• Precalentador de combustible (eléctrico y vapor)
• Motor modulador (Damper motor)
• Transformador de ignición
• Tubería para el suministro de gas propano (piloto)
• Tubería para el suministro de combustible No.6
• Válvulas solenoides principales y de retorno
• Filtros
• Toberas y boquillas
• Dispositivos de control de llama

El quemador de la caldera es el componente encargado de suministrar la mescla de aire combustible para que se ejecute la combustión.

Para el caso especifico de calderas pirotubulares de combustible No.6 se puede realizar la siguiente clasificación:


a) Por su forma:

       Quemadores Integrales    
      Quemadores Modulares

b) Por el tipo de atomización:

     Atomización por aire
     Atomización por vapor 

Quemadores integrales: son aquellos que no se pueden separar del cuerpo de la caldera


Quemadores modulares: son unidades compactas que pueden separarse perfectamente del cuerpo de la caldera


Quemadores de atomización por aire: son aquellos que están diseñados para atomizar o pulverizar el combustible por medio de una corriente de aire a baja presión (15 - 30 PSI), este se conoce como aire primario y es provisto por un compresor que generalmente es del tipo rotativo de paletas deslizantes.


Este tipo de quemador se usa para aceites ligeros (Diesel) y pesados (bunker), teniendo como limite una apropiada atomización, una viscosidad aproximada de 125 SSU (Segundos Saibold Universales)

Cuando se quema aceite pesado, los quemadores disponen de un calentador eléctrico y uno de vapor, que sirven para bajar la viscosidad del aceite a fin de alcanzar los limites de atomización


Quemadores con atomización de vapor: en este sistema de quemadores se utiliza vapor a presiones entre 75 y 150 PSI para atomizar petróleo (combustible No.6).


Para alcanzar una mayor eficiencia en calderas que atomizan con aire originalmente, y se requiere una atomización a vapor, es recomendable cambiar solamente la boquilla.


Este sistema de atomización tiene la desventaja que inicialmente (cuando la presión de la caldera es igual a cero) sera necesario aplicar la atomización por aire.


La ventaja consiste en ahorrar energía eléctrica y prolongar la vida del compresor de aire.


3.- Chimenea

Este componente consiste en un tubo cilíndrico instalado en la parte delantera o tracera de la caldera (dependiendo del fabricante y del número de pasos).
Es utilizado para eliminar los gases calientes residuos de la combustión.



4.- Dispositivos de medición y control

Estos dispositivos los discutiremos de una manera más profunda y serán tema para otra próxima entradaen nuestro blog de Maquinas Industriales.