Rodriguez Avila t2 U1

NOMBRE: GILBERTO RODRIGUEZ AVILA.
GRUPO: 6.- B V.
CARRERA: MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.
MATERIA: REDES DE SERVICIOS INDUSTRIALES
NOMBRE PROFESOR: JOSE MANUEL RODRIGUEZ

RODRIGUEZ.
TAREA: PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE

LOS EQUIPOS DE SISTEMAS DE AGUA Y VAPOR
Se necesita una gran cantidad de energía para convertir agua en vapor,
esa energía no se pierde se transporta en el vapor para ser liberada
cuando el vapor se convierte de nuevo en agua, la energía se libera como
calor. El vapor es un conductor muy eficiente de energía de calefacción
es versátil, seguro y completamente estéril.
El uso eficiente del vapor necesita de un control preciso. La caldera es el
corazón de todo sistema de vapor para entender a profundidad el
comportamiento de una caldera en su interior se hace necesario estudiar
algunos conceptos tales como:
CONTROL BÁSICO DE LA ALDERA

El concepto básico de funcionamiento de una caldera es muy simple, se
hace necesario calentar agua hasta que entre en ebullición y se produce
vapor conforme el agua se calienta, esta se evapora y el nivel del agua de
la caldera disminuye y hay que suministrar agua para mantenerlo. El nivel
del agua puede ser extremadamente sensible a cambios como un
aumento en la demanda de vapor.
El primer propósito del sistema de control es mantener los niveles superior e
inferior adecuados dentro de los límites superiores e inferiores, si es
demasiado alto, el agua puede ser aspirada en conjunto con el vapor
resultando en una calidad pobre del vapor. Si el nivel es demasiado bajo
las superficies de calentamiento quedan expuestas y la caldera se
sobrecalentara.
El diseño compacto de las calderas modernas indica que esa banda de
operación es muy angosta por lo tanto un control de proceso se ha vuelto
imprescindible para una operación segura y eficiente.
LOS NIVELES DE AGUA

Para controlar el nivel de agua en una caldera, debe poder medirse, Que
significa el nivel de agua en estas condiciones aun con tazas bajas de
generación de vapor cuando las condiciones son de lo más estables hay
un movimiento considerable del agua y gran turbulencia. Al hablar de un
nivel de agua inmóvil es muy claro a lo que nos referimos. Sin embargo al
hervir el agua, las burbujas de vapor empiezan a ocupar un cierto espacio
dentro del agua ocasionando un aumento general de nivel aunque la
cantidad de agua en si no ha cambiado. Mientras más vigorosa son las
burbujas más aumenta el nivel. La superficie está formada por una capa
de burbujas que se revientan pero el espesor de esta capa de burbujas
puede variar dependiendo de ciertas condiciones. Los cristales del nivel
externo deben medir el nivel de agua en ebullición por debajo de la capa
de burbujas donde la proporción de agua burbuja sea representativa del
interior de la caldera y ese es el nivel que se ve a través del indicador de
nivel. Para lograrlo el indicador se conecta al agua de la caldera pero este
es un punto libre de turbulencia y burbujas así mismo las sondas de nivel
deben ser alojadas dentro de protectores las cuales deben ser precisas y
confiables.
CONTROL DE AGUA DE ALIMENTACIÓN DE UNA CALDERA

Para reemplazar el agua que ha sido convertida en vapor se hace
necesario suministrar agua de reposición, un método común para lograrlo
es conocido como control de nivel ON-OF. Cuando el nivel del agua cae a
un cierto punto, la bomba de alimentación arranca y llena la caldera
hasta el nivel adecuado y así se repite el ciclo. Es bastante sencillo llevarlo
a cabo pero interfiere con el delicado equilibrio al interior de la caldera.
Esto puede ser demostrado de manera eficaz comparándola con un

recipiente de agua en ebullición que produce vapor a una taza constante
hacia la atmósfera si agregamos agua fría esto produce un efecto
dramático suprimiendo inmediatamente la taza de ebullición y por
consecuencia la generación de vapor disminuye y la taza solo puede
recuperarse hasta que el agua alcance nuevamente su punto de
ebullición, esto es una desventaja del control de nivel ON_OF. Los mismos
efectos pueden ser vistos en la caldera. Pero dado que dichos efectos
ocurren en un periodo de tiempo más largo son menos evidentes. Tan
pronto como es encendida la bomba la ebullición es suprimida y el nivel
cae. Al apagarse la bomba la ebullición se recupera lentamente y el nivel
comienza a subir solo que continua subiendo por encima del nivel OF de la
bomba debido a la desaparición de las burbujas. (Cuando la bomba
enciende aparece una neblina al interior de la caldera como efecto de la
condensación del vapor recién generado provocado por el repentino
descenso de la temperatura del agua, inmediatamente la bomba se
apaga la neblina desaparece y la temperatura aumenta así por el control
ON-OF el nivel del agua sube y baja continuamente y así se comporta la
taza de generación. Estos efectos pueden ser reducidos por el
precalentamiento del agua de alimentación. Cuanto más alta la
temperatura más rápido se recupera la taza de ebullición una temperatura
más alta del agua de alimentación también reduce el consumo de
secuestradores químicos de oxígeno. Una solución más adecuada es un
suministro continuo y variable del agua de reposición precalentada para
mantener la caldera en equilibrio. Al suministrar cuidadosamente el caudal
de agua de reposición para equilibrar los cambios en la demanda de
vapor el nivel es mantenido en una posición óptima con poca fluctuación,
esto es conocido como control modulado. El resultado es un caudal de
vapor constante y seguro y una caldera balanceada lista para responder
a demandas fluctuantes.
OPERACIÓN A BAJA PRESIÓN

Si usted compara para una misma demanda de vapor una caldera
trabajando a 8 bar con otra trabajando a 3.5 bar podrás ver que en la
operación a baja presión la superficie es mucho más turbulenta salpicando
agua hacia el punto de salida del vapor. La razón de esto es que las
burbujas de vapor son de mayor tamaño a baja presión y al ser más
grande causan más turbulencia conforme se rompen en la superficie,
trabajar a baja presión es mucho menos estable y hay más probabilidad
de que las gotas de agua contaminen la calidad del vapor cuando el
nivel del agua alcance su punto más alto. Por ello si requiere trabajar a
baja presión es preferible operar la caldera a su presión de diseño y
colocar una válvula reductora de presión en el punto de aplicación para
bajar la presión.
AUMENTO DE LA DEMANDA
Aunque las calderas sean trabajadas de manera estable las demandas de
vapor reales nunca son estables, varían frecuentemente y una caldera
debe ser capaz de responder a estos cambios. Cuando la demanda de
vapor aumenta la caldera tarda un poco en responder a la nueva
demanda sin embargo durante este periodo de transición la demanda de
vapor de la planta supera la cantidad de vapor que la caldera puede
producir. El resultado es una caída de presión en el sistema de vapor. Una
caída de presión tiene mayor efecto en el interior de la caldera. Es bueno
observar cómo reacciona al aumentar temporalmente la demanda de
vapor pero dentro de la capacidad máxima de la caldera. La superficie
del agua burbujeante empieza a aumentar de manera sorprendente en
pocos segundos a niveles tan altos que el agua y la espuma son
arrastradas al punto de salida del vapor. Al disminuir la demanda la presión
aumenta y el nivel de la superficie se restablece al reanudarse una
operación normal, esta respuesta repentina a menudo conocida como
dilatación es el resultado de la combinación de dos factores.
Es que las burbujas de vapor dentro del agua de la caldera se expanden
al reducirse la presión ocasionando un aumento en el nivel de la superficie
Simultáneamente ocurre que el agua en la superficie se evapora
causando mayor turbulencia. Cuando hay una caída de presión se
produce vapor flash ejemplo: Si usted tiene un recipiente de agua a alta
presión justo por debajo de su punto de ebullición y abre una válvula para
bajar la presión parte del agua se convierte en vapor sin aporte de calor. Si
se cierra la válvula aumentara la presión y la producción de vapor flash se
detendría solo que quedaría menos agua en el recipiente. La formación
momentánea de vapor flash es un fenómeno normal cuando la caldera
sufre un aumento en la demanda de vapor. Pero es importante darse
cuenta que la demanda debe ser aumentada gradualmente porque es
precisamente el aumento de la demanda la causante de la inestabilidad
de la caldera aun la demanda este dentro de la capacidad de la caldera.
Llegando a ocular el volumen
DEMANDA MUY ALTA

Si la demanda de vapor es aumentada más allá de la capacidad de
generación aun por un periodo muy corto esto puede ocasionar
problemas de golpe de ariete y nivel bajo de agua en el interior de la
caldera y esto puede ocasionar que la alarma de nivel bajo apague la
caldera. Para explicar esto fíjese lo que ocurre cuando la demanda de
vapor es aumentada suavemente hasta un 15 % por encima de la
capacidad máxima, tal como es de esperar, la caída de presión ocasiona
que el nivel de la superficie aumente y las condiciones se vuelven más
turbulenta debido a la formación de vapor flash, muy pronto el agua es
aspirada hacia la toma de vapor pero esta vez al mantener la sobre
demanda el nivel turbulento de burbujas sigue subiendo hasta ocultar el
visor y ocasionalmente un arrastre casi continuo. Nada de esto es visible en
el nivel externo ya que está mostrando agua casi libre de burbujas mientras
que el agua en la parte superior de la caldera consiste principalmente en
burbujas de vapor. Los niveles mostrados empiezan a caer conforme el
agua se vaporiza continuamente en el intento por satisfacer la demanda
excesiva. Eventualmente la primera alarma de bajo nivel es accionada y
esto apaga el quemador y el agua llena de burbujas baja rápidamente. En
seguida se vuelve evidente cuan poca agua queda en la caldera tan
poca que la estructura ha quedado expuesta, esto demuestra la
importancia de mantener una caldera operando dentro de sus parámetros
y la necesidad de sensores precisos y fiables.
CONTROL DE LOS SDT

El agua contiene sales químicas en solución llamados sólidos disueltos, estos
no pueden ser transformados en vapor así que al hervir el agua se quedan
y forman un residuo. Este proceso sucede continuamente cuando una
caldera produce vapor y si no hubiera control la concentración de sólidos
disueltos aumentaría a un nivel inaceptable. Las consecuencias podrán ser
vistas en la siguiente demostración: Aquí el control de solido disuelto fue
desconectado y su nivel aumentó casi al doble del nivel normal de
operación. La operación de la caldera de 8 bar es bastante normal y
estable con una operación moderada. A primera vista la situación no
parece tan mal las burbujas en la superficie del agua tienen un aspecto
espumoso y cremoso y la superficie luce más estable de lo normal, esto no
es sorprendente ya que los niveles de sólidos disueltos alteran el
comportamiento físico de las burbujas estas se vuelven más estables y
tardan más tiempo en reventar lo que resulta en espuma lo que no es tan
aparente es que el nivel del agua en ebullición real medido por el sensor
de nivel no está donde usted se imagina de hecho esta mucho más abajo
ya que la capa de burbujas espumosas es sustancialmente más espesa
que con los sólidos disueltos normales, esto reduce el espacio efectivo de
vapor al interior de la caldera y la deja expuesta al problema de arrastre
aun cuando los demás parámetros están dentro de los límites normales de
operación esto es sobre todo cierto cuando el nivel del agua alcanza el
punto más alto del ciclo de la bomba de agua de alimentación o al
reaccionar frene a un aumento de la demanda de vapor .
Afortunadamente estos problemas pueden ser fácilmente evitables si se
cuenta con un sistema de control de solidos disueltos.
RESUMEN:
A).-Los niveles del agua de una caldera deben ser mantenidos dentro de
un rango de operación muy estrecho, demasiado alto puede producir
arrastre, demasiado bajo la alarma de nivel bajo de la caldera puede
dispararse y apagar el quemador.
Hay muchos factores que pueden afectar este delicado equilibrio aun con
cargas moderadas y estables la operación ON-OF de la bomba de
alimentación ocasiona la supresión de la taza de ebullición seguida de una
dilatación que lleva el nivel por encima del punto de apagado de la
bomba. Un aumento de la demanda también puede producir repentinas
fluctuaciones en el nivel además si las circunstancias se conjugan,
combinaciones de estos efectos pueden producir fluctuaciones aún más
grandes. También hemos visto como a altos niveles de solidos disueltos
producen una espesa capa de espumas sobre la superficie del agua
induciendo arrastres incluso con demanda de vapor mucho más baja de
lo normal.
En una caldera con controles automáticos tales como los controles
modulantes del agua de alimentación y los sistemas para control de sólidos
disueltos estos efectos serán mínimos y la caldera trabajara
adecuadamente. La caldera estará lista para responder a las demandas y
circunstancias cambiantes del uso industrial a las cuales están expuestas
diariamente produciendo vapor de buena calidad al combinar todo esto
con La tecnología más avanzada de alarmas de precisión de auto
verificación de nivel alto y bajo hará posible operar calderas totalmente en
automático y con poca supervisión.

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Esto puede ser demostrado de manera eficaz comparándola con un

OPERACIÓN A BAJA PRESIÓN

DEMANDA MUY ALTA

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