2003 Calderas

CONTROL DE CALDERAS Temario

1. Fundamentos Bsicos del Proceso de Generacin de Vapor 1.1. Leyes de la Termodinmica 1.2. Ciclos de Carnot y de Rankine

2. Evolucin Histrica 3. Proceso de una Caldera moderna

3.1. Calderas Humo-tubulares y Aquo-tubulares 3.2. Calderas de Presin Supercrtica 3.3. Ciclos Combinados 3.4. Calderas Industriales Especiales

4. El Agua de Alimentacin 5. Caractersticas de la Combustin

5.1. Combustibles Lquidos 5.2. Combustibles Gaseosos 5.3. Combustibles Slidos

6. Instrumentacin y Control del Agua de Alimentacin 7. Control de la Combustin 8. Instrumentacin y Control de los Procesos Auxiliares

8.1. Sobrecalentado del Vapor 8.2. Recalentado del Vapor 8.3. Saturacin del Vapor 8.4. Control de la Purga Continua 8.5. Desgasificacin del Agua de Alimentacin 8.6. Precalentado del Agua de Alimentacin 8.7. Calentamiento del Combustible 8.8. Atomizacin del Combustible 8.9. Presin de Hogar 8.10. Soplado de Holln

9. Encendido de una Caldera 10. Seguridad de Llama 11. Control de Generadores Mltiples 12. Calderas Industriales Especiales

12.1. Combustibles Slidos 12.2. Combustibles Gaseosos 12.3. Combustibles Lquidos

13. - Optimizacin del Proceso

Asesoramiento y Capacitacin Zoltn L. Barksz

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1. FUNDAMENTOS BSICOS El proceso de Generacin de Vapor, se basa fundamentalmente en las Leyes primera y segunda de la Termodinmica.

1.1 Leyes de la Termodinmica Primera Ley La primera ley de la termodinmica, no es otra cosa que la ley de la conservacin de la energa. Se puede enunciar como que en todo sistema aislado, la energa se conserva en forma natural. Matemticamente se puede expresar E = Q W + ( 6666hi 7777 exi) mi i donde E es el cambio de energa del sistema Q es el calor entregado al sistema W es el trabajo mecnico entregado por el sistema (hi + exi) mi es la energa incorporada al o extrada del sistema por transferencia de masa mi hi es la entalpa de la masa mi exi es la energa extrnseca de la masa mi exi = ( Vi2/2g + PV) la suma de la energa cintica ms potencial de mi Segunda Ley La segunda ley de la termodinmica establece que la energa calorfica no puede ser totalmente convertida en trabajo mecnico en un proceso cclico. Algn calor remanente permanecer sin convertir. Establece el concepto de disponibilidad de calor, (o energa). Esta limitacin se debe a que el flujo de energa y de masa, solo es posible desde un estado de nivel energtico superior hacia un nivel energtico inferior. La expresin matemtica de este concepto est dada por Qi S = (----) + I + Si i Ti i donde S es el cambio de entropa del sistema Qi (----) es la suma de las transferencias de calor Qi en los puntos i del i Ti contorno del sistema cada uno a la temperatura puntual Ti I es la irreversibilidad. Para todo proceso reversible I = 0, para procesos irreversibles I > 0. Si es el flujo de entropa desde y hacia el sistema, asociada con el flujo de masa mi. Para un proceso reversible cclico, asociado con un sistema cerrado, I = 0, S = 0 y Si = 0, luego Qi (----) = 0 Ti


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Irreversibilidad Es la medida de las prdidas energticas que sufre todo proceso real durante la transformacin de una forma de energa a otra, y que es la causante de la degradacin de la eficiencia de ste. Estas pueden ser por ejemplo: prdidas por rozamiento en equipos mecnicos, prdidas de calor hacia el medio ambiente, reacciones qumicas secundarias no deseables, fugas de corriente por prdida de aislamiento en equipos elctricos, etc. Diagramas Temperatura Entropa (T S) o de Molliere El diagrama T S se utiliza para el estudio de la evolucin del agua en los diferentes ciclos trmicos, y trmico mecnicos, y su comportamiento energtico, en sus diferentes estados. En l se puede evaluar detalles como el calor aportado, trabajo realizado, calor no aprovechable, irreversibilidades, etc. En la figura 1.01 se muestra el diagrama T S y se representa la evolucin del agua, desde un estado a presin P de Domo y temperatura T1, hasta un estado de vapor sobresaturado a presin P y temperatura T2, mostrando las diferentes etapas de la transformacin.

La transformacin del agua en vapor sobrecalentado, tal como ocurre en una caldera, se describe en este diagrama mediante la curva que une los estados representados por los puntos a, b, c, y d. El estado a representa el agua entrando en la caldera a presin P de Domo y


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temperatura T1 inferior a la saturacin. En el Domo, el agua se calienta hasta la temperatura de saturacin Tsat siguiendo la evolucin a b. El calor aportado por el combustible para producir este cambio est representado por el rea a b Sa Sb. Sb Q1 = uT(s) dS Sa Aplicando la ecuacin general de la energa Pa x va + Ea + Q1 E W = Pb x vb + Eb donde Pa presin en el estado a va volumen especfico ene. Estado a Ea energa interna en el estado a Los subndices b indican propiedades en el estado b Q1 calor aportado en la evolucin a b W es el trabajo realizado o aplicado en la evolucin a- b Siendo la entalpa H = P x v + E Q1 = Hb Ha A partir del punto b se produce la conversin del lquido en vapor. Esta transformacin se produce a presin y temperatura constante T = Tsat. El calor aportado por el combustible para la evaporacin est dado por la superficie b c Sb Sc. Sc Q2 = u Tsat dS = Tsat x (Sc Sb) Sb o Q2 = Hc Hb d es el punto en el cual toda la masa se ha transformado en vapor, a la temperatura de saturacin, para la presin P de Domo. A partir de este punto, todo calor adicional agregado al sistema produce aumento de la temperatura de ese vapor por encima de la saturacin, curva c d. Sd Q3 = u T(s) dS = Hd Hc Sc El calor total aportado al fluido que evoluciona dentro de la caldera, depende nicamente de la diferencia entre la entalpa final, menos la entalpa inicial. QT = Q1 + Q2 + Q3 = Hd Ha 1.2. Ciclos de Carnot y Rankine

En 1824, Sadi Carnot, un ingeniero Francs, public su libro Reflexiones sobre la Potencia Motriz del Fuego. En l, Carnot hace 3 importantes contribuciones:

1. Establece el concepto de reversibilidad 2. Establece el concepto de ciclo 3. Da las especificaciones para una mquina trmica que produce trabajo


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mximo operando cclicamente entre 2 reservorios, cada uno a temperatura fija. El ciclo de Carnot consiste en una sucesin de varios procesos isotrmicos e isoentrpicos que pueden ser implementados tanto en sistemas estticos como en sistemas con circulacin. En la figura 1.02 vemos un sistema esttico.

Aqu se ponen en contacto con el sistema, sucesivamente una fuente de calor y un disipador fro, para producir el calentamiento (a b) y el enfriamiento (c d) isotrmicos respectivamente.

En lugar de los reservorios, se recurre a la aislacin trmica para producir la compresin (d a) y la expansin (b c) adiabticas. La representacin de los cambios de estado del fluido de trabajo en el Ciclo de Carnot en un diagrama Temperatura Entropa se muestra en la figura 1.03. En la figura 1.04 vemos un sistema con circulacin de fluido, donde tanto para la realizacin del trabajo, como para la funcin de transferencia de calor, se asigna a equipos distintos la funcin de expansin y compresin, y la de calentamiento y enfriamiento.


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El ciclo de Carnot es de mxima eficiencia. Ningn otro ciclo puede lograr superar su eficiencia entre los lmites especificados de temperatura. A lo sumo puede igualarlo. La eficiencia del ciclo es Th Tl Tl = --------- = 1 ----- Th Th donde Th es la temperatura absoluta de la fuente de calor Tl es la temperatura absoluta del enfriador Los intentos de implementar en la prctica el ciclo de Carnot tropiezan con algunas dificultades insalvables. El proceso presenta algunas irreversibilidades insalvables, en la forma de diferencias de temperatura en el proceso de intercambio de calor, y friccin viscosa del fluido en los procesos de transferencia de trabajo mecnico. Adems, el proceso de compresin (d a) es de dificultosa implementacin en una mezcla de 2 fases, y requiere una aplicacin de trabajo en el orden de 1/5 a 1/3 del trabajo obtenible en la turbina. Cuando se tiene en cuenta las irreversibilidades reales, el trabajo neto que se obtiene con el ciclo de Carnot se reduce mucho, y el tamao y costo de los equipos requeridos crece. Esto hace que en la prctica, otros ciclos aparezcan como ms atractivos. Podemos considerar como punto de partida de las Plantas Modernas de Generacin de Vapor, la modificacin del ciclo de Carnot propuesta por William J. M. Rankine, un distinguido ingeniero y profesor de termodinmica y mecnica aplicada escocs. Los elementos del ciclo de Rankine son los mismos que componen el ciclo de Carnot de la figura 1.04, con una excepcin: en el ciclo de enfriamiento se lleva el fluido hasta la condensacin. Todo el fluido pasa al estado de lquido saturado, y de esa forma, en lugar del compresor de 2 fases, la compresin se realiza con una simple bomba de lquido.


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Los diagramas de Temperatura Entropa, y Entalpa Entropa de la figura 1.05, ilustran los cambios de estado del ciclo Rankine. Con la excepcin de que el ciclo de compresin termina en el punto a, a la presin de ebullicin, en lugar de la temperatura de ebullicin a, el ciclo repite en todo el de Carnot.

El tringulo rectngulo formado por la lnea a a, y la isoentrpica e isotrmica de T1, determina la reduccin del trabajo de compresin requerido, reemplazado por un proceso de calentamiento irreversible que lo lleva del estado a hasta el de lquido saturado. En casos prcticos reales, el trabajo de compresin representa el 1% del trabajo entregado por la turbina. En resumen, la modificacin propuesta por Rankine, elimina la necesidad de la compresin de vapor de 2 fases, reduce el trabajo de compresin a valores muy bajos, y hace que el ciclo sea menos sensible a las irreversibilidades naturales en una planta real. Como resultado, comparado con el ciclo de Carnot operando entre las mismas temperaturas lmites, tiene una mayor salida de energa neta entregada por unidad de masa de fluido circulante, y un menor tamao y costo de equipamiento. A esto debemos agregar que debido a su menor sensibilidad a las irreversibilidades, su eficiencia trmica de operacin real, supera la del ciclo de Carnot. En el ciclo de operacin de un generador moderno, se ha agregado una modificacin ms al ciclo de Rankine tal como lo hemos visto hasta ahora. Mencionamos anteriormente que la irreversibilidad asociada con el calentamiento del fluido comprimido hasta la saturacin, (temperatura de ebullicin), era una causa de disminucin de eficiencia en el ciclo.

El ciclo de Rankine regenerativo, intenta eliminar esta irreversibilidad utilizando para el calentamiento, otras partes del ciclo de temperatura mayor que el del fluido comprimido. La idea surgi como se muestra en la figura 1.06, tratar de aprovechar el calor disipado en la turbina, para calentar el agua de alimentacin hasta la temperatura de saturacin, hacindola circular a travs de una serpentina que rodea al mismo.


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El lquido y el vapor circulan en contrasentido, realizndose la transferencia de calor a travs de un salto infinitesimal dT, a lo largo del circuito, llevndolo de esa forma a la temperatura de saturacin por un proceso de transferencia prcticamente reversible. Por la segunda Ley, este ciclo va a tener prcticamente la misma eficiencia del ciclo de Carnot. Esta forma de transferencia de calor, de una parte del ciclo a otra, con el fin de eliminar, o reducir, irreversibilidades externas, se denomina calentamiento regenerativo, y es bsico en todo ciclo regenerativo. Aunque este esquema es ideal desde el punto de vista termodinmico, en la prctica tiene algunas dificultades que lo hacen impracticable. Instalar el intercambiador de calor sobre la turbina, incrementa las dificultades tcnicas de diseo y el costo en forma apreciable. En segundo lugar, la transferencia de calor necesaria, es difcilmente realizable en el tiempo disponible. Por ltimo, la transferencia de calor puede producir exceso de condensacin del vapor dentro de la turbina, poniendo en riesgo la misma. Una aproximacin aceptable a la idea original, pero realizable desde el punto de vista prctico, es mediante intercambiadores de calor externos, utilizando para calentar el agua vapor de extraccin de la turbina. (figura 1.07)

El intercambiador de calor regenerativo, reemplaza el salto infinitesimal de temperatura dT, del esquema ideal, por el salto finito T, incrementando la irreversibilidad del proceso, reduciendo la eficiencia trmica potencial de la regeneracin. De todos modos, se logra reducir a la mitad la diferencia de temperatura requerida para calentar el condensado en el ciclo bsico de Rankine, logrando una mejora de eficiencia interesante frente a este.

2. EVOLUCIN HISTRICA Las primeras calderas de siglo XIX, consistan en un recipiente metlico, parcialmente lleno de agua, instalado sobre un hogar en el que se quemaba carbn sobre una parrilla que permita una buena oxigenacin del mismo. La necesidad oblig a incrementar el tamao de los hogares, la mejora de los sistemas de extraccin de cenizas, el invento del hogar de grilla mvil, pero alcanzado el tamao de 7,5m por 8,5 m, se lleg al lmite de lo realizable prcticamente. Con esto se logr la construccin de calderas de hasta 90 tn/h de vapor generado. A pesar de estas limitaciones, el hogar de grilla mvil, con descarga continua de ceniza, se utiliza an hoy en da en calderas de carbn, lea y corteza. El desarrollo de la tecnologa de quemado de carbn pulverizado, signific superar las limitaciones en los tamaos de las calderas, impuestas por el tamao prctico de las grillas mviles. Al mismo tiempo, la nueva tecnologa impuls nuevos avances en la construccin de calderas. El nuevo sistema de quemado, increment notablemente las temperaturas del


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hogar, la zona de combustin, superando las posibilidades de los materiales refractarios conocidos. Esto oblig a refrigerar las paredes del hogar, lo que condujo inmediatamente a la idea de utilizar el agua de caldera a tal fin, y aprovechar esa transferencia de calor para el proceso de evaporacin. Al principio fue una red de tubos refrigerando el piso del hogar, luego tambin la pared enfrente de los quemadores, y por ltimo, se lleg al diseo de paredes de agua en 3 lados del hogar, alrededor de 1923. De algunos tubos de refrigeracin ubicados en forma espaciada, se evolucion hasta la instalacin de paredes metlicas refrigerada por agua, formada por tubos instalados uno al lado del otro, y unidos por una membrana tambin metlica, formando una pared continua presentada al fuego. Esto aument enormemente la superficie de transferencia de calor y las posibilidades de volumen de vapor generado. Con estos avances, en 1929, se puso en servicio la primera caldera de 450 tn/h de vapor generado en la East River Station de la Compaa Edison de Nueva York. La bsqueda continua para mejorar la eficiencia de las calderas, llev al aumento continuo de las presiones y temperaturas de trabajo. Las primeras calderas para generacin, suministraban a las turbinas vapor a 27 ata, a comienzos de 1920, con algunos que llegaban a 40 ata. Hacia fines de la dcada ya haba calderas trabajando a 82 ata. En el mismo perodo, las temperaturas evolucionaron desde 260 C hasta 400 C. En esta poca ya se utilizaba junto con el carbn pulverizado, los combustibles lquidos. Un nuevo gran avance en la tecnologa de la generacin de vapor, fue la introduccin de los domos de caldera soldados. Hasta fines de la dcada de 1920, los recipientes a presin se construan con planchas metlicas dobladas, unidas mediante remachado, y las juntas calafateadas para evitar prdidas. La construccin soldada del domo permiti ir aumentando las presiones de trabajo y ya en 1931 se puso en servicio la primera caldera de 120 ata, y en 1953, se puso en servicio en la Kearny Station de la Public Service Electric and Gas de New Jersey, una caldera de 180 ata de presin de domo. Paralelamente se fueron desarrollando mejoras en los aceros aliados, que permitieron aumentar las temperaturas de trabajo, de los 400 C a comienzos de la dcada del 30, a 540 C en una caldera de New Jersey en 1949, hasta la caldera de la Eddystone Station de la Philadelphia Electric Co., de 360 ata y 655 C, en 1959. La evolucin en la tecnologa de las turbinas de vapor a su vez, hizo cada vez ms crtica la presencia de agua en el vapor. Alimentar la turbina con vapor seco se hizo cada vez ms imperativo. La respuesta a esta necesidad es el sobrecalentador. El vapor del domo es vapor saturado, entre la caldera y la turbina se puede producir condensacin, pudiendo llevar el ttulo del vapor a valores peligrosos para la misma. Haciendo pasar el vapor a la salida del domo, por una serpentina de intercambio de calor inserto en el conducto de los gases de combustin a la salida del hogar, permite llevar la temperatura del vapor a la zona de vapor sobrecalentado. Al mismo tiempo, estamos aprovechando calor remanente de la combustin, que de otra manera se ira por la chimenea con los gases, mejorando la eficiencia trmica global. Otra mejora en el diseo del sistema de combustin en las calderas son los quemadores tangenciales. El diseo tradicional ubica los quemadores todos juntos sobre una de las paredes de la caldera. En el nuevo diseo se los ubica en las 4 esquinas, en direccin tangencial a un crculo imaginario dentro del cual se forma la bola de fuego.


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Esta disposicin permite una mejor y ms rpida mezcla del combustible con el aire de combustin, logrando una combustin ms completa, y por otro lado, una distribucin ms uniforme del calor sobre todas las paredes de la cmara. Una mejora adicional de esta idea es dotar los quemadores de una inclinacin regulable. La inclinacin de los mismos permite regular la altura de la bola de fuego dentro de la cmara de combustin, y con ello, regular la temperatura a la que llegan los gases de combustin a la zona del sobrecalentador. Esto permite controlar la temperatura de sobrecalentado. Continuando con la mejora de la eficiencia, el ltimo avance producido es el de los ciclos combinados. Ciclo combinado es toda combinacin posible de turbinas de gas, generadores de vapor y turbinas de vapor para obtener una reduccin en el costo de operacin del sistema de generacin o una mejora de eficiencia del ciclo de generacin de energa. El principio subyacente en todos ellos es el mismo, aprovechar la energa contenida en los gases de escape de la turbina de gas que de otra manera se perdera en la forma de muy elevada temperatura en los gases de chimenea. Se trata de aprovechar la capacidad trmica de los gases de combustin de la turbina de combustin interna, para la generacin de vapor, y utilizar la turbina de combustin externa, (turbina de vapor), para reducir la energa disipada. El precio a pagar es la reduccin de trabajo efectivo obtenible de la turbina de gas, debido al trabajo de compresin que debe realizar, por la contrapresin que introduce el generador de vapor en la lnea de escape.

3. PROCESO DE UNA CALDERA MODERNA La cantidad terica de trabajo que se puede obtener del vapor, usado como fuente primaria de energa, es igual al cambio total de su contenido de calor entre su estado a la entrada, hasta el estado a la salida del sistema. La eficiencia del mecanismo primario en convertir la energa trmica en trabajo mecnico determina el trabajo real obtenible. El vapor se obtiene agregando calor suficiente al agua hasta provocar su evaporacin. Este proceso se efecta en 2 etapas, primero, se suministra calor al agua hasta llevar su temperatura a la de ebullicin, luego, se sigue agregando calor hasta producir el cambio de estado del mismo, de lquido a vapor. Cuando se agrega calor a una masa de agua a presin atmosfrica normal, por cada kg de agua hay que agregar 1calora para aumentar su temperatura en 1 C, hasta alcanzar los 100 C. A partir de entonces, el calor agregado no produce nuevo aumento de temperatura, pero si contina, provoca la ebullicin del agua, cambiando su estado al de vapor, hasta que toda la masa de agua se transform en vapor. Si el proceso se realiza en un recipiente cerrado, el vapor generado provoca el aumento de presin y con ello, aumenta la temperatura de evaporacin. Est experimentalmente demostrado que cualquier sustancia pasa del estado lquido al de vapor a temperatura constante, siempre que la presin se mantenga constante. En otras palabras, el proceso de evaporacin se realiza a temperatura constante, si la presin se mantiene constante. Esta temperatura se denomina temperatura de saturacin del lquido a la presin dada, y es la misma para el lquido y su vapor en contacto con el mismo. El calor contenido en el lquido de masa unitaria a temperatura de saturacin, es el calor requerido para llevarlo de 0 C a la temperatura de saturacin, y se lo denomina la entalpa del lquido saturado, expresndolo en caloras/kg. El calor latente de vaporizacin es el calor a suministrar a 1 kg de agua a


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temperatura de saturacin para transformarlo totalmente en vapor saturado seco. Es la entalpa de vaporizacin. El vapor saturado seco no contiene lquido y est a la temperatura de saturacin para la presin dada. Su contenido de calor, o entalpa del vapor saturado, es igual a la suma de la entalpa del lquido saturado ms la entalpa de vaporizacin. El vapor que contiene lquido, ya sea en forma de gotas o de niebla, se denomina vapor hmedo, y se puede deber tanto a evaporacin incompleta, como a condensacin posterior por prdida de calor. Su contenido de calor, o entalpa, es menor que el del vapor saturado seco. La temperatura del vapor hmedo a una presin dada, es la misma del vapor saturado seco. Calentando el vapor saturado, su temperatura comienza a elevarse, an manteniendo su presin constante, y se eleva su volumen especfico. El vapor en estas condiciones se denomina vapor sobrecalentado. La entalpa del vapor sobrecalentado, su contenido total de calor, es la suma de la entalpa del vapor saturado ms el calor agregado para aumentar su temperatura. En otras palabras, el contenido total de calor de un vapor dado, su entalpa, es el calor total necesario para llevarlo desde el estado de agua lquida a 0 C hasta el de vapor a la presin y temperatura dadas.

Las propiedades de un vapor sobrecalentados se aproximan a las de los gases ideales. Una de sus caractersticas importantes es la dependencia de su energa interna de la temperatura, de esa manera, cuanto ms prximo sea su comportamiento al de un gas ideal, mejor ser su comportamiento como fluido intermedio para la transformacin de energa trmica en mecnica. Esta caracterstica es muy importante, pues con un grado de sobrecalentamiento adecuado, se puede evitar la presencia de condensado en las lneas de vapor, y reducir la presencia de agua a la salida de la turbina. El lmite para la temperatura de sobrecalentamiento est dado por el lmite de presin y temperatura capaces de soportar los materiales de sobrecalentadores y


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recalentadores. La presencia de condensado en el vapor acta como freno de la turbina por friccin, produciendo prdida de energa. Adems, aumenta la erosin de los labes de la misma. Las calderas en la actualidad, abarcan un rango desde las pequeas unidades que generan 10 tn/h de vapor o menos, a una presin de salida de 20 ata, hasta las grandes unidades de generacin de energa elctrica, produciendo varios miles de toneladas / hora de vapor a presiones supercrticas, alimentando turbo-grupos de varios cientos de megawatt. En otras palabras, la relacin entre las calderas ms chicas y las ms grandes es del orden de varios miles. Los requerimientos de control entre estos extremos, tambin varan notablemente. En las grandes unidades actuales, adems del sobrecalentador, se utilizan una o ms etapas de recalentado. El uso de sobrecalentado es una forma simple de mejorar la eficiencia trmica del ciclo de Rankine, al mismo tiempo que se evita la presencia de humedad en el vapor de entrada a la turbina. Sin embargo, esto no siempre es suficiente para asegurar que el ttulo del vapor se mantenga en 1,0 en las etapas intermedias de la turbina, en los sistemas de alta presin y temperatura actuales. La solucin a este problema es interrumpir el proceso de expansin, extraer el vapor para recalentarlo a presin constante, y retornarlo a la turbina para continuar el proceso de expansin. Esta modificacin al ciclo de Rankine regenerativo se denomina ciclo con recalentamiento o ciclo recalentado. El recalentamiento se puede realizar en una seccin de la caldera primaria, en un intercambiador de calor vapor vapor externo, que a su vez puede ser directo o indirecto, o en un calentador con combustin propia.

En la figura 3.02 se muestra el diagrama temperatura entropa de un ciclo regenerativo con una etapa de recalentamiento y 2 etapas de calentamiento del agua de alimentacin. En instalaciones grandes, el recalentamiento permite lograr mejoras de alrededor de 5% en la eficiencia trmica. Tambin reduce notablemente la cantidad de calor a transferir al agua de enfriamiento en Condensador. La figura 3.3 muestra el Diagrama de Flujo de un Grupo Generador de 600 MW


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con una caldera que entrega vapor a la salida del sobrecalentador a 171,5 ata de presin y 538 C de temperatura, con 6 etapas de precalentamiento del agua de alimentacin, alimentados con el vapor de salida de la etapa de alta de la turbina, y extracciones de la etapa intermedia y baja. En el diagrama se muestra el balance trmico del sistema. La capacidad de una caldera, se mide indistintamente en tn o kg de vapor por hora entregados, o en kw o MW de potencia entregada por el turbogenerador, cuando la caldera alimenta exclusivamente un equipo de este tipo. Resumiendo, una moderna caldera cumple, adems de la funcin de evaporar agua para generar vapor a alta presin, que es su funcin primaria:

1. Producir vapor de extraordinaria pureza, utilizando separadores mecnicos estticos para eliminar las impurezas.

2. Sobrecalentar el vapor a una temperatura especificada y mantener esa temperatura constante en un rango especificado de variacin de carga.

3. Recalentar el vapor que es retornado luego de la expansin en las etapas de alta de la turbina, y mantener constante esa temperatura de recalentado en un rango especificado de variacin de la carga.

4. Reducir la temperatura de los gases de combustin en la chimenea a niveles que satisfagan los requerimientos de eficiencia trmica, a la vez que permitan su tratamiento en los equipos de control de emisin para reducir la polucin.

Veamos un esquema de cmo afecta a la eficiencia de la caldera la secuencia de absorcin de calor en las distintas etapas de la generacin de vapor. La fuente primaria de energa es el combustible quemado en el hogar de la Caldera, ms la que agregan el agua de alimentacin y el aire de combustin. El calor generado en el hogar es transferido en su mayor parte al vapor en las paredes de agua del sistema de evaporacin, el sobrecalentador, el recalentador y el economizador. Este calor absorbido por el vapor representa la energa entregada por la caldera en la forma de vapor sobrecalentado y recalentado, y es alimentado a las etapas de alta y baja de la turbina. Las prdidas, que componen el resto de la energa entregada, se componen principalmente por el calor contenido en los gases de chimenea, en su mayor parte como calor latente y calor sensible contenido en el agua generado en la combustin, o introducido con el combustible. El resto de las prdidas, de mucho menor significacin, se deben a combustin imperfecta, y prdidas por radiacin de paredes de caldera y resto de los equipos que componen el sistema. El calor generado en el proceso de combustin aparece en el hogar como energa radiante y energa sensible de los gases de combustin. El agua que circula por las paredes de agua del hogar absorbe aproximadamente el 50% de esa energa, el cual genera vapor por la evaporacin de parte de esa agua. El diseo del hogar debe tener en cuenta el calentamiento del agua y la generacin de vapor en las paredes de tubos, adems del proceso de combustin. Prcticamente toda caldera moderna se construye con paredes del hogar formadas por tubos metlicos refrigerados por agua. Las paredes de agua consisten en tubos verticales tangentes entre si, o en ubicacin muy prxima, y unidos en los extremos superior e inferior por colectores. Estas paredes reciben el agua desde el fondo del domo, por medio de caos de bajada que entran al colector inferior. El vapor, con un alto contenido de agua es colectado por el colector superior y de all enviado al domo mediante tubos de elevacin. El domo es el encargado de separar el agua del vapor, el primero es re-enviado a las paredes de agua junto con el agua de alimentacin entrante, a travs de los caos de bajada. El vapor a su vez es enviado a los sobrecalentadores, despojado de todo vestigio de lquido.


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La circulacin de la mezcla vapor agua en las paredes de agua del hogar es un tema que requiere sumo cuidado. En las Calderas de presin relativamente baja, esta circulacin se produce por convexin, asegurada por la diferencia de densidad entre el agua de los caos de bajada, de flujo descendente, y la mezcla vapor agua de los tubos de las paredes.


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A medida que aumenta la presin y se acerca a la presin crtica, esta diferencia de densidad se va achicando, requirindose el auxilio de bombas de circulacin. Hay 4 tipos de circulacin utilizadas en las paredes del hogar de las calderas de hoy en da:


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1. Inducida trmicamente, llamada trmica o natural 2. Inducida trmicamente y asistida por bombas 3. Flow Through, sin recirculacin 4. Flow Through con recirculacin mediante bombas superpuesta

El Domo Superior es el equipo encargado de separar el lquido del vapor antes que este ltimo contine hacia el Sobrecalentador. Esta separacin se debe efectuar en el espacio limitado del Domo, en muy corto tiempo, y en condiciones variables de proceso en muchos aspectos. Por otra parte, la cada de presin en los elementos de separacin debe ser baja para no afectar la circulacin, ni interferir con el control de nivel de Domo. El tamao del Domo est determinado por el espacio requerido por los equipos de secado y purificado del vapor. Numerosos factores afectan la separacin del agua del vapor en una Caldera, entre los que podemos mencionar los siguientes:

1. Diferencia de densidad entre el agua y el vapor 2. La cada de presin disponible para los dispositivos de separacin 3. El porcentaje de agua presente en la mezcla que llega al Domo 4. El caudal total de vapor y agua a ser separado 5. Viscosidad, tensin superficial y otros factores dependientes de la presin 6. El nivel de agua en el Domo 7. La concentracin de slidos en el agua de Caldera

La separacin se efecta normalmente en 3 etapas: 1. Separador primario 2. Separador secundario 3. Secador

Los separadores primario y secundario reducen el nivel de humedad del vapor, a un valor que un secador final pueda manejar. Pueden implementarse con baffles, bancos de filtros de malla, placas curvadas o corrugadas o separadores centrfugos. En la figura 3.07 vemos varias disposiciones de separadores primarios y secundarios, con secador final, recurriendo a distintos elementos de los antes mencionados para la implementacin de cada uno de ellos. Es de notar que la eficiencia de separacin de cada uno de ellos, depende fuertemente del nivel de agua dentro del Domo. En cada esquema est marcada la posicin ptima del nivel, para el buen funcionamiento de los dispositivos correspondientes. Esto hace mucho ms crtico al lazo de control de nivel del Domo, ya que


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oscilaciones relativamente de pequea magnitud pueden afectar la eficiencia de separacin del agua del vapor, afectando a largo plazo, la vida til de la turbina. La funcin del Sobrecalentador es elevar la temperatura del vapor por sobre la temperatura de saturacin. Como el vapor entra al Sobrecalentador libre de presencia de agua, todo el calor que absorbe en el dispositivo producir el aumento de su temperatura. El Recalentador realiza la misma funcin sobre el vapor retornado luego de la primera expansin, para llevarlo nuevamente a una temperatura de sobrecalentado, y asegurar que las etapas de expansin media y baja tambin sean alimentadas con vapor suficientemente sobrecalentado. El diseo tanto de uno como de otro, depende de la funcin a cumplir. En caso de requerirse temperaturas de salida relativamente bajas, se utilizan generalmente sobrecalentadores del tipo de calentamiento convectivo. Cuando la temperatura requerida es ms alta, las superficies necesarias son ms grandes, hay que ubicar el sobrecalentador o recalentador en zonas de temperaturas de gases mucho ms elevadas y se recurre a intercambiadores tipo placas y de tipo radiante. En algunos pocos casos se ubican paneles en posicin horizontal, encima del hogar para que reciban una mayor porcin de energa radiante.

En todos los casos la disposicin es a contracorriente, el flujo del vapor y el de los gases, de manera de lograr el mximo salto trmico promedio entre ambos fluidos. Para mantener constante la eficiencia de la turbina, y para evitar fluctuaciones de la temperatura de los metales, tanto de la caldera como de la turbina, es esencial que las


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temperaturas de vapor sobrecalentado y vapor recalentado se mantengan constantes, an en caso de fluctuaciones de carga, dentro de los lmites del rango de carga de diseo. Para satisfacer este requerimiento, una caldera debe estar equipada con dispositivos que permitan regular las temperaturas, ya que la tendencia natural es que con el aumento de carga, el aumento de caudal de vapor produce aumento de temperatura de salida. Esto es particularmente marcado con los sobrecalentadores del tipo convectivo. El diseo ptimo de una caldera es cuando al 100% de la carga, todo el gas de combustin que sale del hogar, pasa por toda la superficie de sobrecalentado y recalentado, y en esas condiciones, las temperaturas de vapor sobrecalentado y recalentado alcanzan justo el valor de diseo. Para los casos en que la caldera opera por debajo de ese nivel de carga, el diseo debe proveer dispositivos en el sistema de quemadores, en el circuito de sobrecalentado y recalentado, o en el circuito de los gases de combustin, para poder regular la temperatura de sobrecalentado y el de recalentado. Los dispositivos ms comnmente usados son los siguientes:

1. Control de quemadores que permita elevar o bajar la altura del centro efectivo de calor de la llama en el hogar. Esto afecta el camino de absorcin de calor en el hogar y la temperatura de los gases a la salida de la misma.

2. Atemperar el vapor a la entrada, entremedio o a la salida del sobrecalentador o del recalentador.

3. Recircular parte de los gases de combustin, re-inyectndolos en el hogar, a fin de aumentar el caudal efectivo de gas que pasa por los intercambiadores de calor del sobrecalentador y del recalentador.

4. Realizar un by-pass de algunos paneles del sobrecalentador y del recalentador de modo de poder derivar parte de los gases de combustin evitando que entren en contacto con los mismos.

El Economizador es un intercambiador de calor, ubicado luego de la primera etapa del sobrecalentador, para aumentar en forma adicional la temperatura del agua de alimentacin y mejorar la eficiencia de la caldera bajando en forma adicional, la temperatura de los gases de escape. Como en los casos anteriores la disposicin es a contra corriente, el agua circula de abajo hacia arriba, los gases a la inversa. En este caso, el flujo ascendente del agua tiene un beneficio adicional, ya que permite evitar los golpes de ariete que se pueden producir de otra manera en ciertas condiciones de operacin. El ltimo elemento ubicado en el camino de los gases de combustin es el calentador de aire. Este cumple 2 funciones, enfriar los gases de combustin, mejorando la eficiencia trmica, y calentar el aire de combustin para mejorar el proceso de la misma. La importancia relativa de cada una de ellas depende del proceso y del combustible utilizado. En el caso de calderas de baja presin quemando gas, el beneficio de calentar el aire de combustin es mnimo, y lo ms importante es enfriar los gases desde la temperatura de 300 a 450 C, hasta los 135 a 175 C con que debe salir de la chimenea. Por otro lado, en una caldera de alta presin que quema carbn pulverizado, una temperatura de aire primario de 260 a 400 C es esencial para lograr una buena combustin, evaporando la humedad contenida en el carbn. El calentador de aire que se utiliza universalmente es el Ljungstrm, consistente en


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un elemento rotante que contiene placas metlicas empaquetados en canastos, muy prximos unos de otros que giran entre el conducto de los gases y el del aire enviado por el ventilador de tiro forzado ubicados uno al lado del otro. Las placas se calientan en contacto con el gas al pasar por el conducto correspondiente, para luego transferir ese calor al aire al pasar por el conducto del mismo.

3.1. Calderas Humo-tubulares y Acuo-tubulares Hasta ahora hemos visto la descripcin de grandes calderas, utilizadas asociadas a una turbina para generacin de energa. En aplicaciones industriales, las calderas pueden o no formar parte de un grupo generador, pero en general, cumplen una funcin adicional, que es la de generar vapor de proceso, es decir, vapor que en alguna parte del proceso industrial, se utiliza para calefaccin, secado, etc. En caso de requerirse cantidades importantes de vapor de proceso, la economa de generacin aconseja utilizar calderas de alta presin y temperatura, por la mucho mayor eficiencia trmica lograble en esa forma, y luego reducir la presin en un turbo-grupo, a los valores de utilizacin en el proceso. En caso contrario, es habitual la utilizacin de pequeas unidades, que generen 15 a 40 tn/h de vapor a presiones entre 10 y 20 ata, exclusivamente dedicadas a generar el vapor de proceso. Estas pequeas unidades en general vienen ensambladas de fbrica, montadas sobre una base, listas para conectar y poner en marcha. Esta construccin se denomina paquete. Mientras las calderas grandes, vistas hasta ahora, son del tipo acuo-tubular, es decir, el agua y el vapor circulan a travs de tubos, el fuego y los gases de combustin a travs de los espacios externos alrededor de los mismos, en el caso de las pequeas unidades paquete", se puede utilizar el mismo criterio, o a la inversa, mantener el agua en reservorio o recipiente, a travs del cual pasan tubos que conducen los gases de combustin, destinados a evaporarlo. Estas calderas se denominan humo-tubulares.


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Dado que en general, para vapor de proceso conviene utilizar vapor saturado, la caldera humo-tubular tiene la ventaja de generar naturalmente el vapor en esas condiciones, sin requerir ningn elemento adicional. Cualquiera de los 2 criterios que se adopte, los requerimientos de control de estas unidades paquete son mucho ms simples que los de las grandes calderas anteriormente vistas.

3.2. Calderas de Presin Supercrtica Hemos dicho ya, que la eficiencia trmica de un ciclo es directamente proporcional a la presin. Tambin podemos afirmar que hay una relacin perfectamente definida entre la temperatura de un ciclo y su presin de operacin. La permanente bsqueda de mejorar la eficiencia, ha llevado a aumentar la presin y temperatura de operacin de las calderas, hasta superar la presin crtica, y hoy en da, las calderas supercrticas se utilizan en todo el mundo para la obtencin de la mxima eficiencia


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trmica posible, de un ciclo de generacin de vapor mediante combustibles fsiles. Un ciclo regenerativo con recalentamiento, operando a presiones supercrticas, tiene normalmente de 6 a 8 etapas de calentamiento del agua de alimentacin, y dada la alta presin y temperatura de entrada a la turbina, hasta 2 etapas de recalentado. Esto se ha utilizado en varias instalaciones actualmente existentes. En la figura 3.10 se muestra el diagrama de flujo de un tpico ciclo de generacin supercrtica, indicndose el balance de calor sobre el mismo. En l se indican 7 etapas de calentamiento del agua de alimentacin, alimentadas con vapor de extraccin desde las distintas etapas de descompresin de la turbina, para cumplimentar el ciclo regenerativo. La marca ms alta lograda hasta el presente es el grupo 1 de la Philadelphia Electric Co., Central Eddystone, que opera a 360 ata y 655 C, logrando una eficiencia trmica superior al 40%, o 2100 caloras por kwh.

3.3 Ciclos Combinados Un ciclo combinado, es cualquier combinacin de Turbina de Gas, Generador de Vapor, y Turbina de Vapor, reunidos para lograr una mejora en la eficiencia del ciclo de la generacin de potencia. Todas las combinaciones posibles se basan en la misma idea, aprovechar la energa contenida en el gas de escape de la turbina de gas, que de otra manera, se perdera bajo la forma de una elevada temperatura de salida de los gases de chimenea. Se trata de utilizar la turbina de combustin externa, (turbina de vapor), para recuperar la alta temperatura generada por la turbina de combustin interna, (turbina de gas), mejorando la eficiencia al minimizar el calor disipado a la atmsfera. El precio que se paga es la prdida de un porcentaje de la capacidad de energa de la turbina de gas, en trabajo de compresin de los gases de escape, por la contrapresin provocada por el generador de vapor. La Turbina de Gas de ciclo abierto, puede ser utilizada tanto como generador de base, como de generador para cubrir las demandas pico, dado su corto tiempo de arranque, y su bajo costo inicial. Su gran desventaja es su baja eficiencia trmica y el hecho de requerir combustible primario, que los pone en situacin desventajosa desde el punto de vista del costo de operacin en el largo plazo. Como ejemplo, una turbina de gas de 50 MW descarga aproximadamente 1.000 tn/h de gases de combustin a 500 C, con una energa equivalente a 115 x 106 Caloras/h, que es el 75% de la energa calorfica del combustible quemado. Los ciclos combinados pueden ser clasificados en 4 categoras a saber:

1. Turbina de Gas ms un Generador de Vapor sin combustin propia. 2. Turbina de Gas ms un Generador de Vapor con combustin suplementaria. 3. Turbina de Gas ms una Caldera de hogar combustionado. 4. Caldera de hogar combustionado ms una Turbina de Gas.

3.4. Calderas Industriales Especiales

Las calderas industriales tienen en general 2 diferencias bsicas con las calderas de generacin elctrica vistas hasta ahora:

1. Las calderas para generacin elctrica se disean hermanadas con un grupo turbo-generador al que alimentan de vapor. Como hemos visto, para este fin es altamente conveniente que el vapor est muy sobresaturado.

Las calderas industriales, o se utilizan para la generacin de vapor de proceso exclusivamente, o se utiliza un grupo turbo-generador como reductor de presin, tomando el vapor de proceso desde una extraccin de la turbina, o de


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la contrapresin. En el caso del vapor de proceso, al ser utilizado como elemento de

transferencia de calor, no para realizar trabajo mecnico, es conveniente tenerlo en condiciones lo ms cercanas posibles a la saturacin.

2. En segundo lugar, las calderas industriales se utilizan muchas veces con combustibles no convencionales, en general, aprovechando el poder calorfico de residuos del proceso. Los ms comunes son aserrn, corteza, gas de alto horno, gas de refinera, licor negro, etc.

En general las calderas diseadas para quemar estos combustibles, tienen revisto quemar tambin algn combustible convencional, (gas, fuel-oil), que sirven tanto para el calentamiento de la caldera, en un proceso de arranque, como en marcha normal, como complemento del combustible principal cuando ste no es suficiente, o como elemento de control, si el rgimen de marcha es variable, debido a variaciones de carga.

Cuando la caldera de combustible no convencional, est acompaada por otras calderas convencionales, se la utiliza generalmente como caldera de base, y alguna de las convencionales sern las que se utilizarn para ajuste a las variaciones de carga. En la misma forma, si la caldera es nica, el combustible no convencional ser el combustible de base, y el combustible auxiliar se utilizar para el ajuste de marcha. Las Calderas utilizadas exclusivamente para alimentar turbo-grupos con la finalidad de generacin de energa elctrica, tienen en conjunto una eficiencia del orden del 35%, dado que el condensador a la salida de la turbina, normalmente a presin sub-atmosfrica, se lleva el 48% de la energa suministrada por el combustible. En cambio las Calderas Industriales bien balanceadas la generacin y el vapor de proceso requerido, pueden tener una eficiencia doble, ya que gran parte de ese calor se aprovecha para calentamiento de un proceso productivo.

Tal es el potencial de ahorro energtico de estas instalaciones, que en algunos pases se ha incentivado desde sus Gobiernos la inversin en los mismos. Las centrales termoelctricas son obligadas en esos pases a comprar la energa as generada por las


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industrias a un precio basado en la diferencia de costo que implica no tener que generarla ellos. El vapor de proceso se puede obtener a la salida de una turbina de contrapresin, o por extracciones de etapas intermedias, a presiones adecuadas a los requerimientos de los procesos involucrados. Es comn utilizar una combinacin de las 2 alternativas en industrias donde se requiere vapor de proceso a distintas presiones y temperaturas. Es muy importante balancear en forma adecuada los requerimientos de la generacin y el proceso, para tener un rendimiento trmico ptimo de la instalacin en su conjunto. Se puede utilizar, y en la prctica se hace, ciclo combinado de turbina de gas, caldera de recuperacin de energa trmica de sus gases de escape, turbina de vapor y vapor de proceso, para buscar el equilibrio ms eficiente de cubrir los requerimientos de generacin de energa y necesidades de vapor de proceso. Un caso muy particular es la Caldera de Recuperacin de la industria papelera. Aqu la Caldera cumple una funcin directamente vinculada al proceso, la de recuperar los reactivos del proceso de coccin de la madera, para liberar la fibra celulsica, y sta es su funcin principal, siendo la generacin de vapor una funcin secundaria. En este caso, la Caldera de Recuperacin es necesariamente una caldera de base. En la figura 3.12 se muestra una caldera de este tipo.

La Caldera difiere de una caldera convencional en el tamao del hogar y los quemadores de licor negro. Estos consisten en picos inyectores oscilantes, que inyectan a presin el licor negro pulverizado en micro-gotas. El licor llega a estos quemadores oxidado, en el tanque ad-hoc mediante el insuflado de aire, y concentrado a 67% de slidos secos en el evaporador cascada. El licor negro consiste en carbonato de sodio, sulfato, y material orgnico de la madera disuelto. El material orgnico y el carbono son quemados, (forman el combustible


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del compuesto), mientras el carbonato de sodio se acumula como fundido en el fondo del horno, junto con sulfuro de sodio producido por la reduccin del sulfato. La distribucin de aire primario, secundario y a veces terciario, es tambin fundamental para lograr una buena combustin del licor negro. La presencia del lecho fundido de carbonato de sodio en el fondo del hogar, agrega un ingrediente adicional a la seguridad de estas calderas, ya que en presencia de pequeas cantidades de agua, se puede formar una mezcla altamente explosiva. De aqu las precauciones que hay que tomar para el caso de pinchaduras de caos de la pared de agua. En la historia de estas calderas hubo grandes accidentes, con numerosas vctimas y enormes daos materiales. Estas cosas hacen de este tipo de calderas algo muy especial.

4. EL AGUA DE ALIMENTACIN La construccin de calderas que trabajan a presiones y temperaturas cada vez ms altas, convierte el tema de la pureza del agua de alimentacin en un problema cada vez ms crtico. En las modernas calderas de presiones subcrticas y supercrticas, hablamos de las impurezas en el agua de alimentacin en trminos de ppb, (partes por billn). El tratamiento requerido por el agua de alimentacin de una caldera, depende tanto del tipo de esta, como del origen del agua utilizada. Las impurezas en el agua pueden producir corrosin, depsitos, o contaminacin del vapor en la caldera. Todos estos efectos, se acentan con el aumento de temperatura. La corrosin de los internos metlicos, tubos y domo, y la formacin de depsitos en los primeros, son las mayores causas de costosas paradas de grupos de generacin de energa, que ocasionan prdidas por el costo de las reparaciones y por el lucro cesante originado. Lo peor que se trata de prdidas en todos los casos evitables. Se pueden evitar o prevenir:

1. Utilizando el tratamiento adecuado, tanto para el agua de alimentacin de caldera, como para la de reposicin o make-up.

2. Controlar la concentracin de oxgeno en el agua de alimentacin para minimizar la corrosin y la formacin de productos de corrosin antes de la caldera, que terminan formando depsitos en las superficies de transferencia de calor en la misma.

3. Respetar estrictamente los procedimientos operativos de arranques, paradas y cadas de servicio, para minimizar la corrosin y la entrada de productos de corrosin en la caldera.

4. Mantener la caldera libre de cantidades significativas de depsitos mediante el lavado qumico peridico.

En el caso de calderas de alta presin, no puede haber ningn sacrificio en aras del ahorro, en el tratamiento para lograr las especificaciones ms estrictas de la calidad del agua de alimentacin. Se deber usar la combinacin de tcnicas ms eficiente, para asegurar la alimentacin de la caldera con el agua ms pura posible, prcticamente libre de slidos tanto disueltos como en suspensin. Uno de los elementos que ms hay que controlar es el silicio, ya que puede vaporizarse en la caldera, contaminar el vapor de salida, y depositarse en los labes de la turbina, provocando la prdida de rendimiento de la misma, y a largo plazo, su destruccin. En una caldera de un grupo generador de energa elctrica, el agua de reposicin es de un 3 a un 5% del agua de alimentacin. El tamao de Planta de Tratamiento requerido, justifica la inversin en el tratamiento ms costoso y eficiente. En calderas industriales, el porcentaje de reposicin crece a entre 30 y 100%. Sin


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embargo, an as, se justifica la inversin en el tratamiento ms efectivo para lograr el agua del grado de pureza requerido, por el costo mucho mayor de los daos que el agua inapropiada puede ocasionar. Los requerimientos del agua de alimentacin, en calderas cuya presin est por debajo de 40 ata, ya que las posibilidades de contaminacin del vapor se minimizan, y solo queda la posibilidad de formacin de depsitos en los tubos de la caldera. Por otro lado, la significacin econmica de mantener una mayor purga continua en el domo, se reduce sensiblemente. El tratamiento del agua se realiza en varias etapas, que dependen de las impurezas que contiene la fuente de suministro. Las ms habitualmente utilizadas son: Aireacin Forzando la circulacin de aire a travs de la masa de agua, se eliminan gases disueltos como el dixido de carbono y el anhdrido sulfuroso.


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Coagulacin Agregando productos qumicos como el sulfato de aluminio, se produce la floculacin de coloides y slidos en suspensin. Los flculos se eliminan luego por decantacin y filtrado. Ablandado Qumico Se produce el precipitado de bicarbonato de sodio como carbonato de sodio y las sales de magnesio como hidrxido de magnesio, por el agregado de hidrxido de calcio. Lo mismo para el precipitado de cloruro y sulfato de calcio, como carbonato de calcio por el agregado de carbonato de sodio. Proceso de Ablandado con Fosfato en Caliente El agregado de fosfato produce la precipitacin de las sales de calcio y magnesio, las primeras, como fosfato tri-clcico y las segundas como hidrxido de magnesio. La reaccin es completa a temperaturas del agua


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superiores a 100 C. Ablandado mediante Resinas Zeolticas Zeolite se refiere a un grupo de resinas capaces de intercambiar iones con los que entran en contacto. Pueden ser naturales o sintticos. Al pasar el agua a travs del lecho de resina, los iones de calcio y magnesio son intercambiados por iones sodio en el zeolite. El zeolite se regenera peridicamente por medio de soda custica. Desmineralizacin En la desmineralizacin el intercambio de iones remueve las sales minerales ionizadas. Cationes como el calcio, el magnesio y el sodio, se remueven con resinas catinicas. Aniones como el bicarbonato, sulfato, cloruro y slice soluble, se remueven con resinas aninicas. Se utilizan resinas aninicas y catinicas sintticas. Las primeras se regeneran peridicamente con soda custica, las segundas con cido. La desmineralizacin puede producir un agua de un grado de pureza superior al mejor proceso de destilado. Las resinas aninica y catinica pueden disponerse en varias combinaciones para lograr el resultado ptimo en la forma ms econmica. Se puede utilizar unidades desmineralizadoras de 2, 3 o 4 lechos, o de un lecho nico mixto, para lograr el resultado requerido. El origen de los depsitos en los tubos de la caldera puede ser:

1. Elementos contaminantes presentes en el agua de reposicin 2. Productos de corrosin formados fuera de la caldera e introducidos a la

misma por el agua de alimentacin 3. Contaminantes introducidos en el condensado que retorna a la caldera, por

equipos de proceso 4. Slidos introducidos al condensado por prdidas en el condensador

El efecto de estos depsitos es formar una capa aislante sobre el interior de los tubos de agua, reduciendo el coeficiente de transferencia de calor entre la pared del tubo y el agua, con la consiguiente reduccin de eficiencia trmica, y el aumento de temperatura del metal, con deterioro a largo plazo por fatiga trmica, o si se hace mayor, a corto plazo por destruccin por sobretemperatura.

5. CARACTERSTICAS DE LA COMBUSTIN En el proceso de generacin de vapor, el sistema de quemado de combustible es el encargado de suministrar, una conversin controlada y eficiente de la energa qumica del mismo, en energa calorfica que luego es absorbida por las superficies de transferencia de calor de la caldera, para evaporar el agua. Para lograr esto, los quemadores dosifican el combustible y el aire a la cmara de combustin, mezclan ambos para la reaccin, encienden la mezcla, y distribuyen la llama y los productos de la combustin. Un quemador ideal, para cubrir estas funciones, deber cumplimentar los siguientes requisitos:

1. Que no haya exceso de oxgeno ni combustible sin quemar en los gases de combustin.

2. Que la energa auxiliar de ignicin para iniciar la combustin sea mnima. 3. Que tenga una reaccin ptima y econmica entre el combustible y el

oxgeno, pero compatible con las normas sobre generacin de xidos de nitrgeno y azufre.

4. Que cuente con un mtodo efectivo para manejar y eliminar los residuos slidos que se generen.

5. Que produzca una distribucin uniforme de la energa, temperatura y gases de combustin, respecto a las superficies de transferencia de calor.

6. Que tenga un rango amplio y estable de fuego. 7. Que sea capaz de una respuesta rpida a los requerimientos de cambio. 8. Que tenga una alta disponibilidad con bajo requerimiento de mantenimiento.


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En la prctica, habr que buscar soluciones de compromiso entre algunas de estas condiciones para lograr un balance razonable entre eficiencia de combustin y costo. Por ejemplo, quemar un combustible con la cantidad de aire correspondiente a la relacin estequiomtrica de oxgeno, requiere un tiempo de residencia infinito a temperatura superior a la de ignicin, para que se complete la combustin. Por esta razn, todo sistema de combustin requiere de una cierta cantidad de aire en exceso, que depende del combustible utilizado y del diseo del quemador y la cmara de combustin. El porcentaje mnimo de exceso de aire es un indicativo de la eficiencia del sistema de combustin. Otro ejemplo es el hecho que el diseo de un quemador que genere una cantidad mnima de xidos de nitrgeno, produce inevitablemente el aumento de la constante de tiempo de reaccin del sistema de combustin, a las variaciones de carga. El grado de complecin de una reaccin qumica, como es el proceso de combustin, depende de la temperatura, concentracin, preparacin y mezcla de los reactivos. Todos estos factores tienden a lograr un solo efecto, aumentar el contacto entre las molculas de los reactivos. En el caso de la combustin, el contacto entre molculas de combustible y oxgeno se mejora con la pulverizacin del primero, el mezclado y la turbulencia que se logra en el quemador, y la temperatura del combustible y el aire de combustin.

Al disear un sistema de combustin y un quemador para una caldera, se debe considerar todos los factores con influencia sobre el logro de una combustin completa y la distribucin del calor para lograr una buena transferencia. Hay dos mtodos para lograr un contacto molecular exitoso del combustible y el oxgeno, produciendo un camino de flujo turbulento total en la cmara de combustin. El primero es dividir el flujo total de aire y combustible en varias corrientes similares, distribuyendo estos a su vez uniformemente en uno o varios planos de la cmara de combustin Esto produce mltiples llamas que son tratadas independientemente. Es el caso de mltiples quemadores instalados sobre una pared de la cmara de combustin, distribuidos uniformemente en uno o varios pisos. La pulverizacin del combustible, mezclado de este con el aire primario, y la turbulencia para lograr la mezcla y el contacto ptimo entre ambos, se logra individualmente en cada quemador. El logro de la combustin completa es tarea de cada


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quemador en forma individual. Esta disposicin presenta algunos problemas de regulacin. Con cargas reducidas, por debajo de un cierto lmite, la nica forma de mantener una buena turbulencia, y una buena mezcla aire-combustible, es sacando quemadores de servicio. Esto puede afectar a su vez la uniformidad de distribucin del calor en la cmara.

La segunda alternativa es crear interaccin entre todas las corrientes de aire-combustible que entran a la cmara de combustin, generando una sola bola de fuego. Esto permite un mayor tiempo de contacto entre molculas de aire y combustible, y la turbulencia se genera en toda la cmara, reduciendo la criticidad de la exacta distribucin de la relacin aire-combustible en los quemadores individuales. El sistema representativo de este concepto es la caldera con quemadores tangenciales. En el sistema de quemadores tangenciales, el combustible y el aire de combustin se proyectan desde las 4 esquinas de la cmara de combustin, sobre una lnea tangente a un pequeo crculo horizontal imaginario, en el centro de la misma. Donde estas corrientes se encuentran se produce una turbulencia y un mezclado intenso. Se imparte un movimiento rotatorio, similar al generado por un cicln, a la maza de la


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llama, que es dispersado por toda la cavidad de la cmara.

Como se puede ver en la figura 5.04, el ngulo de inclinacin de los quemadores es regulable, junto con la entrada del aire primario y secundario, permitiendo regular la altura de ubicacin de la bola de fuego dentro de la cmara de combustin. Esto permite regular la temperatura de los gases de salida, y la distribucin del calor entre las paredes de evaporacin y los sobrecalentadores. Mediante ello, se puede controlar la temperatura final del vapor sobrecalentado de salida de la caldera. Los combustibles fsiles, utilizados en la generacin de energa elctrica y en las calderas industriales, se pueden clasificar en slidos, lquidos y gaseosos, como se muestra en la tabla 5.1. A su vez en cada grupo hay combustibles que son naturales, manufacturados o que son subproductos de algn proceso industrial. Estas clasificaciones a su vez tienen zonas de superposicin, no son excluyentes. Los combustibles naturales son obviamente el carbn, el petrleo y el gas natural. El fuel-oil, combustible lquido ms usado en calderas, se puede considerar como un subproducto de la destilacin del petrleo. La madera es tambin un combustible natural, pero rara vez se lo quema como tal. En cambio son frecuentemente usados como combustible el aserrn, astillas, o la corteza, que pueden considerarse subproductos de aserraderos, fbricas de pulpa, etc. A partir del carbn, un combustible natural, se obtienen productos elaborados como el coke, gas de carbn, etc. que pueden ser utilizados como combustible.

5.1. Combustibles Lquidos El combustible tradicionalmente ms utilizado en la combustin de calderas es el fuel-oil. El trmino abarca una amplia gama de combustibles lquidos, cuyas caractersticas se pueden ver en la tabla 5.2. TABLA 5.1 CLASIFICACIN DE LOS COMBUSTIBLES


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Naturales Manufacturados o Subproductos Slidos Carbn Coke Lignito Alquitrn de hulla Turba Carbn de Lea Madera Corteza Aserrn Astillas Coke de Petrleo Bagazo Basura Lquidos Petrleo Nafta Querosn Fuel-oil Gasoil Residuos de petrleo Gaseosos Gas Natural Gas de Refinera LPG Gas de Coke Gas de Carbn Gas de Acera El petrleo crudo, tal como se obtiene de los yacimientos, es un combustible de alto riesgo por la presencia de componentes livianas, voltiles, que lo convierten en tal. Luego de la destilacin y el fraccionado, se obtienen componentes para distintos usos como las naftas, querosn, gasoil, fuel-oil liviano, aceites lubricantes, fuel-oil pesado, alquitrn, y coke de petrleo. Entre estos los utilizados como combustible de caldera son los que figuran en tabla 5.2. De todos estos, los N 1 y 2 son denominados combustibles livianos para uso domstico, mientras el N 6, tambin llamado Bunker C, es el combustible pesado para uso industrial, utilizado como combustible en calderas. La importancia del tipo de combustible utilizado en una caldera, surge de las diferentes caractersticas de llama de cada una de ellas. Esto afecta al diseo de la caldera, sobre todo en lo que a sobrecalentadores y recalentadores se refiere. La llama de los combustibles lquidos es altamente radiante, y es en esa forma que transmite la energa en la cmara de combustin. La temperatura de los gases de combustin a su vez es ms baja que en el caso


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de combustibles gaseosos, lo que representa una menor transferencia de calor en las etapas de sobrecalentado y recalentado ubicados fuera de la zona de radiacin, o la necesidad de mayores superficies de transferencia de calor en esas etapas.

Esto puede afectar el comportamiento del lazo de control de temperatura del vapor sobrecalentado, y hay que tenerlo presente en el caso de calderas que cambiaron de combustible, o que trabajan con 2 combustibles alternada o conjuntamente. Otra caracterstica importante que diferencia los distintos tipos de combustible, es la formacin de residuos slidos, (cenizas) durante la combustin. En los combustibles lquidos, (el fuel-oil), la formacin es moderada, pero hay que prever sopladores de holln para limpiar peridicamente las superficies de sobrecalentadores. Para lograr una combustin completa de un fuel-oil, hay que dosificar el aire y el combustible en la proporcin adecuada, y lograr un buen contacto entre las molculas de combustible y de oxgeno en la cmara de combustin. De lo primero se encarga el sistema de control, que deber lograr el proporcionado justo entre el caudal de combustible y el aire de combustin. En las calderas modernas, se puede lograr una combustin completa con un exceso de oxgeno de 2 a 3%, es decir, entre 9,5 y 14% de exceso de aire. El contacto ntimo entre molculas de combustible y aire depende del diseo del quemador. Por una parte, se debe lograr una atomizacin, (una pulverizacin en micro-gotas), del lquido a la salida de la boca del quemador. Esto se puede lograr por medios mecnicos, mediante un dispositivo de boquilla adecuada, que provoque dicha pulverizacin, o por medio de un chorro de vapor de alta velocidad en la salida, que produzca el mismo efecto. En la actualidad se utiliza casi exclusivamente este ltimo, dada su mayor efectividad. Luego se asegura el mezclado, dndole al aire primario y secundario un


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movimiento turbulento rotacional, en espiral, a la salida del quemador, al juntarse las corrientes de aire y combustible, para producir de ese modo el efecto deseado. El otro punto a considerar es la temperatura del fuel-oil, para lograr que tenga la viscosidad adecuada, dado que su viscosidad depende fuertemente de la temperatura, requerida para el buen funcionamiento de los dispositivos anteriores. 5.2. Combustibles Gaseosos

Los combustibles gaseosos, cuando disponibles, son ideales para la generacin de vapor, debido a su fcil operacin y control, el bajo exceso de aire que requiere, lo que permite un ptimo rendimiento trmico, y el escaso residuo slido que se forma en la combustin, que hace prcticamente innecesario prever soplado de holln. La facilidad de operacin se debe al hecho de que solo se requiere hacer llegar el gas hasta la caldera, desde la lnea de distribucin del proveedor, si se trata de gas natural, o del lugar donde se origina, si se trata de gas manufacturado o un subproducto, no requiere calentamiento ni atomizacin, (como en el caso de los lquidos), dado su fcil ignicin. Solo se requiere bajar la presin al valor especificado por los quemadores, cosa que se hace en una estacin reductora de presin. El bajo exceso de aire con que se puede quemar este combustible es debido a su estado gaseoso. Las molculas estn libres, y al entrar a la cmara de combustin junto al aire, y con una turbulencia adecuada, el contacto entre molculas de combustible y de oxgeno es ptimo, y se puede lograr la combustin completa con un mnimo de exceso. En el caso de gas natural, se puede lograr la combustin completa con excesos de oxgeno entre 1,5 y 2%, o sea, excesos de aire entre 7 y 9,5%. El precio que se paga por todos estos beneficios es que, debido a su alta inflamabilidad, es el combustible de mayor riesgo de explosin, y por lo tanto, el que requiere mayor cuidado en el diseo, instalacin, mantenimiento y operacin del sistema


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de encendido y seguridad de llama. Los combustibles gaseosos, adems del gas natural, son el LPG, gas de refinera, gas de petrleo, gas de horno de coke, etc. 5.3 Combustibles Slidos

El combustible slido por excelencia es el carbn mineral. A nivel mundial es el combustible ms utilizado en calderas. En cambio, en la Argentina tiene poca significacin, prcticamente no se utiliza. Hay una amplia gama de carbones minerales, con diferentes caractersticas de combustin, que los distinguen netamente en su aplicacin. Por un lado, hay carbones que al quemar inicialmente se funden, aglutinndose en una gran masa, adoptan un estado plstico, que dificulta el pasaje del aire a travs del mismo. Otros al contrario, tienen la propiedad de quemar libremente las piezas individuales. Un tercer grupo, si bien presenta la caracterstica de adoptar el estado plstico, y fundirse en grandes piezas, estas se quiebran y fraccionan rpidamente, y de hecho, estos carbones se comportan desde el punto de vista de la combustin como el grupo anterior. Entre los comportamientos definidos anteriormente hay una amplia gama de grises, o comportamientos intermedios, que hace que sea muy difcil predecir a priori, cual va a ser el comportamiento de un carbn determinado. Tampoco hay ensayos de laboratorio que puedan determinarlo, y por lo tanto, la nica forma de hacerlo es la experiencia en planta.


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De todos modos, el sistema ms utilizado para quemar carbn hoy en da, es en la forma de pulverizado. En esta forma, cualquiera de los tipos antes descriptos puede ser quemado perfectamente bien. Los combustibles slidos en general, estn en el otro extremo del comportamiento dado para los gaseosos, o sea, son difciles de operar y controlar, son los que requieren mayor exceso de aire para su combustin completa, y los que producen mayor cantidad de cenizas. Adems del carbn, se utilizan como combustibles de este grupo, el coke, tanto de carbn como de petrleo, residuos de madera, aserrn, astillas y corteza, y algunos subproductos de procesos industriales, como el bagazo.

6. INSTRUMENTACIN Y CONTROL DEL AGUA DE ALIMENTACIN De acuerdo a lo visto sobre la Caldera hasta ahora, podemos expresar que los objetivos del control del agua de alimentacin son dos: 1.- Alimentar la Caldera con el agua necesaria para evaporar la cantidad justa requerida por la demanda de vapor. 2.- Mantener constante el nivel de Domo en valor requerido para el buen funcionamiento de la circulacin de la caldera, y de los dispositivos de separacin lquido vapor. El primer punto no requiere mayores comentarios. Sobre el segundo podemos decir que si el nivel es demasiado bajo, corremos el riesgo de que la altura de la columna no sea suficiente para asegurar la buena circulacin en los tubos de la pared de agua, pudiendo producir el sobrecalentamiento de los metales por falta de refrigeracin. Esto es ms riesgoso en las Calderas con circulacin natural. Si el nivel es demasiado alto, se inundan los separadores primario y secundario, y como consecuencia, llegar ms agua a la turbina de la permitida, con peligro de dao para sus labes y toberas.

La primera dificultad aparece con la medicin del nivel de Domo. Dicha medicin se realiza normalmente mediante una celda de presin diferencial, conectada entre 2 puntos que ya vienen establecidos en el Domo por el fabricante para ese fin. El volumen del Domo es pequeo en comparacin de los caudales que circulan a travs del mismo. Si aadimos a eso los efectos de los elementos presentes en el mismo para direccional los flujos, separadores, flujo continuo de burbujas de vapor, purga continua, etc., es fcil comprender que la seal de nivel va a ser muy ruidosa. Otro factor a tener en cuenta en calderas que trabajan a presiones de Domo superiores a los 60 ata, es que la diferencia de densidad entre el vapor de la parte superior del Domo s, y la del agua w, se va achicando, debindose tener en cuenta en la calibracin del dP Cell. La densidad de la columna de agua en la pierna de referencia, del lado de baja presin del instrumento, es por otra parte muy distinta a la densidad del agua en el Domo,


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y esto tambin hay que tenerlo en cuenta. P = h x (w - s) H x (0 - s) y para la calibracin del dP Cell Pmx = hmx x (w - s) H x (0 - s) Pmn = hmn x (w - s) H x (0 - s) Si la presin de Domo es variable hay que compensar la indicacin de nivel por

presin P H x (0 - s) h = -------------------------- (w - s) Hay otra perturbacin que afecta la medicin de nivel. Aparece en los transitorios al cambiar bruscamente el nivel de carga de la Caldera, en una magnitud apreciable, y se denomina generalmente falso nivel. Afecta fundamentalmente el lazo de control, cuando el agua de alimentacin es controlado exclusiva o fundamentalmente por la seal de nivel de Domo. El fenmeno consiste en que una disminucin grande de la carga de la Caldera, produce un aumento transitorio en la presin de domo, junto con un aumento del volumen especfico de la mezcla agua vapor en las paredes de agua y el Domo, lo que provoca un aumento transitorio de nivel. A este fenmeno los Americanos lo denominan shrink. En forma similar, un aumento grande de la carga de la Caldera, produce una disminucin transitoria en la presin del domo, junto con una disminucin de volumen especfico de la mezcla, provocando una disminucin transitoria del nivel del Domo. Este fenmeno se denomina swell. Evidentemente, este transitorio induce a un lazo de control de nivel de Domo a


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actuar en direccin inversa al que debiera, para corregir la variacin de carga originante del problema. Como resumen, en la instalacin de una medicin de nivel de domo, se deber cuidar los siguientes puntos en la calibracin del instrumento y su instalacin:

1. El valor de densidad del agua en la columna de referencia, a utilizar en los clculos para la calibracin, deber ser lo ms aproximada posible a la correspondiente a la temperatura real del agua en la columna, en la instalacin actual.

2. Para la presin esttica del Domo, se deber hacer la misma consideracin. Si la Caldera trabaja a presin de Domo variable, se deber implementar la correccin de la seal de nivel por presin.

3. Para minimizar al mximo los errores debidos al punto uno, hacer las conexiones desde el domo hasta el instrumento, lo ms cortas posibles.

4. Eliminar toda burbuja de aire o gases de la lnea de conexin del instrumento, mediante un cuidadoso llenado previo con agua, y su purgado.

5. Respetar rigurosamente la localizacin de las tomas de seal, previstas por el fabricante. El no cumplimiento de esto puede causar grandes errores de medicin debidos a los efectos de succin y presiones dinmicas, creadas por los patrones de corrientes presentes en gran parte del Domo.

6. Estudiar cuidadosamente el recorrido de la caera desde la toma de seal hasta el instrumento. Las lneas de referencia (baja) y de alta deber estar lo ms cerca posible, preferentemente en contacto, en la mayor parte de su recorrido, a fin de asegurar que la temperatura del agua en ambas piernas sea la misma.

En principio, los objetivos del control de agua de alimentacin, enunciados en la introduccin, se pueden cumplimentar con un simple lazo de control de nivel, tal como se muestra en la figura 6.03. Este es el control denominado de un elemento y se utiliza en calderas pequeas, de baja presin, y carga relativamente constante. El ruido de la seal del transmisor de nivel, obliga a la utilizacin de un filtro de constante de tiempo de 1 a 2 segundos. Esto a su vez, resta velocidad de respuesta al lazo de control. El consolador por otra parte no puede tener ganancia demasiado alta, ya que en esta disposicin, la nica forma de reducir el efecto del fenmeno de falso nivel, es limitando la ganancia del lazo. A consecuencia de ello, las excursiones de nivel de domo ante variaciones grandes de carga, pueden ser grandes. En resumen podemos decir que el control de un elemento tiene las siguientes: Ventajas:


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1. Bajo costo inicial Desventajas:

1. No prev la alinealidad de la relacin caudal a nivel de domo, debida a la forma geomtrica de este.

2. No anticipa las variaciones de carga, permitiendo grandes excursiones de nivel.

3. Presupone constante la presin del agua de alimentacin y lineal la respuesta de la vlvula con el caudal.

4. No prev proteccin contra el efecto de falso nivel. La forma de mejorar la respuesta del lazo anterior a los cambios de carga es mediante el control denominado de dos elementos. Este consiste en agregar al anterior, un lazo de control anticipatorio por variacin de carga. Se toma como seal de variacin de carga el caudal total de vapor.

En la figura 6.04 vemos 3 posibilidades de implementacin del lazo anticipatorio de caudal de vapor (feedforward). En el caso A la seal de caudal se suma a la salida del controlador de nivel, a travs de una funcin f(x) de linealizacin de la relacin caudal de vapor a caudal de agua. De esta forma, una variacin de carga de la Caldera, cambio de caudal de vapor, produce una variacin equivalente de caudal de agua, acomodando el sistema para afrontar la nueva situacin. El lazo de control de nivel, de menor ganancia y accin proporcional integral, se encarga de ajustar el nivel al valor de set-point en los estados estacionarios. El esquema B difiere del anterior en que la seal feedforward se aplica a travs de un segundo controlador P + I, que permite ajustar la ganancia a las velocidades de cambio de la carga. En el esquema C en cambio, esto se realiza a travs de una accin derivativa pura, debido a lo cual, la seal de feedforward es normalmente nula en estado estacionario, siendo controlado el nivel como con un lazo de un elemento. En los transitorios de una variacin de carga, aparece la seal anticipatorio del caudal de vapor, provocando el cambio de caudal de agua de alimentacin para satisfacer la nueva demanda. En cualquiera de sus alternativas, este esquema permite compensar el efecto de falso nivel y anticipar las variaciones de carga, reduciendo las excursiones de nivel que puedan provocar. El control de dos elementos tiene las siguientes:


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Ventajas: 1. Correccin del efecto de falso nivel. 2. Anticipo de las variaciones de carga. 3. Costo moderado.

Desventajas 1. No compensa la alinealidad del caudal con la forma geomtrica

del Domo. 2. No compensa variaciones de presin de agua de alimentacin. 3. No compensa por problemas en la vlvula de alimentacin

La solucin para la compensacin de perturbaciones en el agua de alimentacin es el esquema denominado de tres elementos. En esta disposicin, se agrega un lazo de control de caudal de agua de alimentacin, que se encarga de compensar dichas perturbaciones, manteniendo constante el caudal de agua, cuando todos los otros factores se mantienen constantes. Este lazo de caudal de agua, recibe su set-point de alguna de las alternativas de dos elementos vistos anteriormente, formando un lazo cascada que mantiene el nivel de domo constante, anticipando variaciones de carga.

Lo anteriormente expresado, est representado en la figura 6.05 A, donde se podr observar que el controlador de nivel es de accin proporcional solamente. En la figura 6.05 B, se muestra una alternativa en la que la seal de control es la diferencia entre el caudal de vapor y el caudal de agua. Para su implementacin, los dos caudalmetros deben ser adecuadamente escalados, y mediante un bias, se centra en la escala el valor correspondiente a la igualdad de los mismos. El lazo de nivel hace las veces de lazo externo de la cascada, fijando el set-point para el de diferencia de caudales. Recibe tambin el feedforward de la diferencia de caudales, fundamentalmente para eliminar el efecto de falso nivel. El esquema ms completo de control de agua de alimentacin es este, completado por la correccin de seal de nivel por variaciones de presin de domo, cuando esto fuese necesario. El control de tres elementos tiene las siguientes: Ventajas:

1. Correccin del efecto de falso nivel.


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2. Anticipo de las variaciones de carga. 3. Controla las perturbaciones en la lnea de agua de

alimentacin. Desventajas

1. No compensa la alinealidad del caudal con la forma geomtrica del Domo.

2. Es el esquema de ms alto costo de implementacin. En calderas grandes, se suele agregar un lazo ms para eliminar perturbaciones del lazo del agua de alimentacin, y facilitar y estabilizar la operacin, sobre todo en los arranques, en el pasaje de la etapa de calentamiento a la puesta en carga. Consiste en un lazo de control de presin del colector de agua de alimentacin. El actuador utilizado para este control es la velocidad de la bomba de alimentacin.

Existen varias formas de implementar este lazo. La variable de control puede ser la presin del colector de agua de alimentacin, generalmente utilizado cuando varias calderas son alimentadas desde un mismo colector o juego de bombas. Cuando se trata de una alimentacin individual, es ms comn tomar como variable de control la presin diferencial colector domo. En ese caso, se utiliza el lazo, transfiriendo su salida a los drives de las bombas de alimentacin, para controlar el caudal de agua durante el perodo de calentamiento, con la vlvula en manual, manejada por el operador. (Muchas veces se cuenta con una vlvula de tamao reducido para este fin, en paralelo con la principal). En operacin normal, se puede controlar el caudal del agua con la velocidad de la bomba y la presin con la vlvula de alimentacin, como se indica en la figura 6.06, o cruzado, caudal con vlvula y presin con velocidad de bomba. Cuando la marcha en rgimen estacionario es muy estable, lo aconsejable es abrir totalmente la vlvula y controlar el caudal por velocidad de bomba.

7. CONTROL DE LA COMBUSTIN


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El control del Agua de Alimentacin de una Caldera, es el control del balance de masas de la misma. El balance entre la masa de Agua que entra en la Caldera y la masa de vapor que sale de ella. El control de la Combustin a su vez, es el control del balance de energa de la misma. El balance entre la energa que entrega la Caldera, contenida en el vapor que sale, y la energa que le entrega el combustible. En otras

2003 Calderas

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