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SEMINARIO RECIRCULACION AUTOMATICA
AGUA ALIMENTACION CALDERAS
JAIME GONZALEZ, Presidente LUIS GABRIEL ZAMBRANO M Ingeniero Líder Válvulas Cel. 321-371 8291 gzambrano@valvexport.com
“Soluciones para Control de Fluidos SCF Ltda.” www.scfingenieria.com.co
Preparado por:
Octubre 2011
SEMINARIO RECIRCULACION AUTOMATICA
AGUA ALIMENTACION CALDERAS
“Soluciones para Control de Fluidos SCF Ltda.” www.scfingenieria.com.co
Introducción
SCF Ltda. actual representante de HBE ENGINEERING para Colombia, ha identificado que en muchas instalaciones de bombas multietapa alimentando calderas acuatubulares, se presentan problemas comunes que puede ser resueltos reemplazando válvulas de recirculacion controladas neumáticamente por válvulas de tres vías acción directa
SEMINARIO RECIRCULACION AUTOMATICA
AGUA ALIMENTACION CALDERAS
TEMARIO
1. Problemas por recirculacion deficiente. 2. Productos típicamente instalados. 3. Características de la solución 4. Diseño y operación válvulas HBE. 5. Tabla de selección general válvulas HBE. 6. Hoja datos requeridos para selección. 7. Mantenimiento Requerido
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AGUA ALIMENTACION CALDERAS
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Daño de rotores y sellos en bombas multietapa
Anillo de fricción
Rotor
No. 1
Estos daños se presentan por dos razones:
Recirculacion insuficiente subiéndose la temperatura del agua en la bomba hasta dañar los sellos mecánicos. Desbalanceo hidráulico por cambios rápidos de flujo que no alcanzan a ser absorbidos por la línea de balance, ocasionando desgaste entre rotores y anillos de fricción.
Línea de balance
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AGUA ALIMENTACION CALDERAS
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Recirculacion insuficiente subiéndose la temperatura del agua en la bomba hasta dañar los sellos mecánicos.
Cuando las bombas multietapa operan con flujo
inferiores al 20% de su capacidad nominal, la
temperatura se incrementa exponencialmente
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AGUA ALIMENTACION CALDERAS
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Cambio de flujo 200 GPM
Cambio de presión 250´ (108 psi)
Un cambio brusco de flujo ocasionado por la apertura de la valvula de control de nivel implica un cambio inmediato
de la presión de bombeo
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AGUA ALIMENTACION CALDERAS
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Todas las válvulas tienen una capacidad de flujo definida por pruebas realizadas en fabrica
Cv = Coeficiente Volumétrico de Descarga
EJEMPLO
Una valvula que permita pasar 87 GPM de agua con un diferencial (ΔP) de 1 PSI tiene un Cv de 87.
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AGUA ALIMENTACION CALDERAS
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Estas curvas representan la relación entre cambios de
apertura y cambios de caudal a través de la
valvula.
Para cada aplicación existe una caracterización ideal.
% APERTURA
Apertura
ProporcionalLenta 0 - 30%
C A
U D
A L
Lineal
30 - 60% Rápida
60 - 85% 100%
Apertura Rápida
Lenta Apertura
Curva
Curva
Curva
Curvas de caracterización válvulas de control
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
% APERTURA
Apertura
ProporcionalLenta Respuesta
0 - 30%
C A
U D
A L
Lineal
30 - 60%
Respuesta
MAXIMO NIVEL
NIVEL A
Respuesta Rápida
60 - 85% 100%
NIVEL MINIMO
Apertura Rápida
Lenta Apertura
Curva
Curva
Curva
Un cambio brusco de flujo se genera cuando la valvula para control de nivel opera en una
zona de su curva de caracterización, que presenta grandes cambios de flujo con pequeños cambios en la señal
de control.
ERRORES TIPICOS EN SELECCIÓN DE VALVULA DE
CONTROL DE NIVEL
1. Sobredimensionamiento 2. Caracterización apertura
rápida.
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
EL FENOMENO “HUNTING” en lazos de control
Este fenómeno cuyo nombre en Ingles quiere decir Cacería, se asemeja a un perro tratando de morder su cola.
Cuando el perro se mueve a morder su cola, la cola se mueve
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
DESAIREADOR
Columna Altura
Succión
C L de Vapor
Salida Válvula
Nivel Control
Válvula
Nivel Control
PB
Recirculación Válvula
Presión Desaireador
Linea de Succión
CALDERA
De Presión Reguladora
“La Cabeza”“La Cola” Cuando esta valvula se cierra, sube la
presión que actúa la valvula de recirculacion, “ La Cola”
Cuando esta valvula se abre, porque sube la presión, hace caer la presión obligando a
la de control de nivel a abrirse
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Excesivo nivel en el domoNo. 2 Las válvulas de recirculacion neumáticas dependen de un cambio en la presión de bombeo para iniciar apertura. El tiempo de respuesta es lento comparado al cambio de presión ocasionado por una reducción del flujo. Estas diferencias de tiempo ocasionan incrementos excesivos del nivel en el domo.
Valvula neumática de recirculacion Valvula control nivel
Presión
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
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Caída de nivel en el domoNo. 3 Ocasionada por el flujo excesivo a través de la valvula de recirculacion neumática que presenta daños de sus sellos por cavitación y erosión. Esta cavitación y erosión las ocasiona la gran caída de presión instantánea a través de estas válvulas sin tener “TRIM” anticavitatorio.
Valvula neumática de recirculacion Valvula control nivel
Presión
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
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Cavitación y erosión Válvulas de Recirculacion
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Las imágenes adjuntas muestran varios tipos de “TRIM” diseñados para minimizar ruido, cavitación y erosión.
La selección correcta del TRIM define la vida útil
de la valvula
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TRIM TIPO CASCADA Ideal para Recirculacion
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
La clave para eliminar cavitación y erosión es la reducción de presión en etapas. La imagen adjunta corresponde al TRIM tipo cascada de:
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TRIM TIPO CASCADA En el conjunto By-Pass de las válvulas
HBE
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
1ª etapa: Orificios fijos de ingreso a cámara generadora de vórtice. 2ª etapa: cuatro entradas tangenciales generan vórtice
3ª etapa: Primer orificio variable
4ª, 5ª y 6ª etapa: Orificios variables
7ª etapa: Alineador de flujo rompiendo vórtices
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Atemperado inestableNo. 4
Como resultado de la variación de presión que ocasiona la lenta operación de las válvulas de recirculacion neumáticas, se presentan variaciones del flujo de atemperado hasta que la valvula de atemperación logra responder a los cambios de temperatura del vapor atemperado.
Valvula neumática de recirculacion
Presión
Valvula atemperación
Flujo atemperación
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
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PRODUCTOS TIPICAMENTE INSTALADOS
Valvula de control neumática
Valvula de contrapresión acción directa
PARA CALDERAS ACUATUBULARES
Generando mas de 20 Ton / Hora Respuesta lenta Alto costo inicial Alto costo de mantenimiento
PARA CALDERAS PIROTUBULARES
Generando menos de 20 Ton / Hora Respuesta rápida Bajo costo inicial Bajo costo de mantenimiento
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CARACTERISTICAS DE LA SOLUCION
1. Daño de rotores y sellos en bombas multietapa, por recirculacion deficiente Acción directa
PROBLEMA CARACTERISTICA REQUERIDA
2. Excesivo nivel en el domo por excesivo tiempo de respuesta
3. Caída de nivel en el domo por deterioro de válvulas sin TRIM anticavitatorio
4. Atemperado inestable por cambios súbitos de presión
TRIM anticavitatorio
Responde por