Recirculacion Automatica Agua Calderas
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SEMINARIO RECIRCULACION AUTOMATICA
AGUA ALIMENTACION CALDERAS
JAIME GONZALEZ, PresidenteLUIS GABRIEL ZAMBRANO MIngeniero Lder VlvulasCel. 321-371 [email protected]
Soluciones para Control de Fluidos SCF Ltda.www.scfingenieria.com.co
Preparado por:
Octubre 2011
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SEMINARIO RECIRCULACION AUTOMATICA
AGUA ALIMENTACION CALDERAS
Soluciones para Control de Fluidos SCF Ltda.www.scfingenieria.com.co
Introduccin
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 vlvulas de recirculacion controladas neumticamente por vlvulas de tres vas accin directa
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AGUA ALIMENTACION CALDERAS
TEMARIO
1. Problemas por recirculacion deficiente.2. Productos tpicamente instalados.3. Caractersticas de la solucin4. Diseo y operacin vlvulas HBE.5. Tabla de seleccin general vlvulas HBE.6. Hoja datos requeridos para seleccin.7. Mantenimiento Requerido
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AGUA ALIMENTACION CALDERAS
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Dao de rotores y sellos en bombas multietapa
Anillo de friccin
Rotor
No. 1
Estos daos se presentan por dos razones:
Recirculacion insuficiente subindose la temperatura del agua en la bomba hasta daar los sellos mecnicos.Desbalanceo hidrulico por cambios rpidos de flujo que no alcanzan a ser absorbidos por la lnea de balance, ocasionando desgaste entre rotores y anillos de friccin.
Lnea de balance
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Recirculacion insuficientesubindose la temperatura del agua en la bomba hasta daar los sellos mecnicos.
Cuando las bombas multietapa operan con flujo
inferiores al 20% de su capacidad nominal, la
temperatura se incrementa exponencialmente
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Cambio de flujo 200 GPM
Cambio de presin 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 presin de bombeo
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Todas las vlvulas tienen una capacidad de flujo definida por pruebas realizadas en fabrica
Cv = Coeficiente Volumtrico de Descarga
EJEMPLO
Una valvula que permitapasar 87 GPM de agua conun diferencial (P) de 1 PSItiene un Cv de 87.
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Estas curvas representan la relacin entre cambios de
apertura y cambios de caudal a travs de la
valvula.
Para cada aplicacin existe una caracterizacin ideal.
% APERTURA
Apertura
ProporcionalLenta0 - 30%
CA
UD
AL
Lineal
30 - 60%Rpida
60 - 85%100%
AperturaRpida
LentaApertura
Curva
Curva
Curva
Curvas de caracterizacin vlvulas de control
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
% APERTURA
Apertura
ProporcionalLentaRespuesta
0 - 30%
CA
UD
AL
Lineal
30 - 60%
Respuesta
MAXIMONIVEL
NIVELA
RespuestaRpida
60 - 85%100%
NIVELMINIMO
AperturaRpida
LentaApertura
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 caracterizacin, que presenta grandes cambios de flujo con pequeos cambios en la seal
de control.
ERRORES TIPICOS EN SELECCIN DE VALVULA DE
CONTROL DE NIVEL
1. Sobredimensionamiento2. Caracterizacin apertura
rpida.
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
EL FENOMENO HUNTING en lazos de control
Este fenmeno cuyo nombre en Ingles quiere decir Cacera, 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
ColumnaAltura
Succin
CL de Vapor
Salida Vlvula
NivelControl
Vlvula
NivelControl
PB
RecirculacinVlvula
PresinDesaireador
Linea de Succin
CALDERA
De PresinReguladora
La CabezaLa ColaCuando esta valvula se cierra, sube la
presin que acta la valvula de recirculacion, La Cola
Cuando esta valvula se abre, porque sube la presin, hace caer la presin obligando a
la de control de nivel a abrirse
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Excesivo nivel en el domoNo. 2Las vlvulas de recirculacion neumticas dependen de un cambio en la presin de bombeo para iniciar apertura. El tiempo de respuesta es lento comparado al cambio de presin ocasionado por una reduccin del flujo.Estas diferencias de tiempo ocasionan incrementos excesivos del nivel en el domo.
Valvula neumtica de recirculacion Valvula control nivel
Presin
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
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Cada de nivel en el domoNo. 3Ocasionada por el flujo excesivo a travs de la valvula de recirculacion neumtica que presenta daos de sus sellos por cavitacin y erosin.Esta cavitacin y erosin las ocasiona la gran cada de presin instantnea a travs de estas vlvulas sin tener TRIM anticavitatorio.
Valvula neumtica de recirculacion Valvula control nivel
Presin
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
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Cavitacin y erosin Vlvulas de Recirculacion
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Las imgenes adjuntasmuestran varios tipos deTRIM diseados paraminimizar ruido, cavitacin yerosin.
La seleccin correcta del TRIM define la vida til
de la valvula
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TRIM TIPO CASCADAIdeal para Recirculacion
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
La clave para eliminarcavitacin y erosin es lareduccin de presin enetapas.La imagen adjunta corresponde al TRIM tipo cascada de:
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TRIM TIPO CASCADAEn el conjunto By-Pass de las vlvulas
HBE
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
1 etapa: Orificios fijos de ingreso a cmara generadora de vrtice. 2 etapa: cuatro entradas tangenciales generan vrtice
3 etapa: Primer orificio variable
4, 5 y 6 etapa: Orificios variables
7 etapa: Alineador de flujo rompiendo vrtices
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Atemperado inestableNo. 4
Como resultado de la variacin de presin que ocasiona la lenta operacin de las vlvulas de recirculacion neumticas, se presentan variaciones del flujo de atemperado hasta que la valvula de atemperacin logra responder a los cambios de temperatura del vapor atemperado.
Valvula neumtica de recirculacion
Presin
Valvula atemperacin
Flujo atemperacin
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
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PRODUCTOS TIPICAMENTE INSTALADOS
Valvula de control neumtica
Valvula de contrapresin accin directa
PARA CALDERAS ACUATUBULARES
Generando mas de 20 Ton / HoraRespuesta lentaAlto costo inicialAlto costo de mantenimiento
PARA CALDERAS PIROTUBULARES
Generando menos de 20 Ton / HoraRespuesta rpidaBajo costo inicialBajo costo de mantenimiento
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CARACTERISTICAS DE LA SOLUCION
1. Dao de rotores y sellos en bombas multietapa, por recirculacion deficiente Accin directa
PROBLEMA CARACTERISTICA REQUERIDA
2. Excesivo nivel en el domo por excesivo tiempo de respuesta
3. Cada de nivel en el domo por deterioro de vlvulas sin TRIM anticavitatorio
4. Atemperado inestable por cambios sbitos de presin
TRIM anticavitatorio
Responde por flujo no por presin
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DISEO Y OPERACIN VLVULAS HBE.
CARACTERISTICAS
Accin directa: Acta como respuesta al paso del fluido, sin seal neumtica o elctrica.
TRIM anticavitatorio:El conjunto de by-pass, incorpora un TRIM tipo cascada que elimina la cavitacin.
Responde por cambios en flujo:Al pasar el fluido entre el disco principal y el asiento ejerce una fuerza de empuje dinmico que varia segn el flujo, reposicionando el disco principal y obturando el by-pass.
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TABLA DE SELECCIN GENERAL VLVULAS HBE
EJEMPLO
Caudal nominal bomba = 400 GPMRecirculacion requerida = 20 % (80 GPM)Brida salida bomba = 3 x 600 #
SELECCIN GENERAL
Marca: HBEModelo: HPMTamao: 3 x 3 x 1 ANSI 600 #Flujo Max de la valvula: 500 GPM Flujo Max By-Pass: 150 GPM
NOTA IMPORTANTE: Esta seleccin solo sirve para definir el valor presupuestal de la valvula pero se requieren datos exactos para su fabricacin.
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HOJA DATOS REQUERIDOS PARA SELECCIN
Minimo GPM m3/hrMaximo GPM m3/hrNormal GPM m3/hr
Flujo min. Bomba GPM m3/hr
Flujo normal PSIG kpaFlujo de By-Pass PSIG kpa
Aislado o Cerrado PSIG kpaContrapresion by-pass PSIG kpa
Normal F CMaxima F C
*Gravedad especifica*Presion de vapor psia
*Viscosidad Centipoise*Si es fluido diferente a Agua
Presion Descarga Bomba
Flujo Principal
Temperatura
Fluido
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MANTENIMIENTO REQUERIDO
SOLO SE REQUIERE DAR MANTENIMIENTO A LOS COMPONENTES BLANDOS
1. Aslan zonas de alta presin y baja presin obligando a que el fluido pase solo por el obturador cascada, con lo cual se provee el control.
2. Aseguran deslizamiento suave y estable de los componentes que abren o cierran el paso del fluido, evitando cambios bruscos de posicin.
ESTOS COMPONENTES CUMPLEN DOS FUNCIONES ESENCIALES
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MANTENIMIENTO REQUERIDO
Las partes blandas corresponden a dos tipos de sellos:
1. Sellos estticos, O-Rings en Aflas o Kalrez.
2. Sellos deslizantes, anillos en tefln reforzado en fibra de vidrio o grafito.
CONJUNTO OBTURADOR BY-PASS
NOTA IMPORTANTE: Es fundamental utilizar repuestos originales HBE, pues de lo contrario la valvula puede quedar en posicin abierta o cerrada
Frecuencia sugerida de cambio partes blandas:Cada dos aos
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MANTENIMIENTO REQUERIDO
LISTADO MATERIALES BLANDOS(Ver Ensamble Pag. Anterior)
Parte# DESCRIPCION MATERIAL
31 Arosello esttico o entre cabezal de control y brazo Aflas o Kalrez
32 Arosello esttico o entre cabezal de control y cuerpo cascada Aflas o Kalrez
33 Arosello esttico soportaanillo deslizante 33.1 Aflas o Kalrez
33.1 Anillo deslizante entre pistn balance y cabezal control Teflon- reforzado + grafito
34 Arosello esttico, soporta anillo deslizante 34.1 Aflas o Kalrez
34.1 Anillo deslizante entre pin- gua y cabezal control Teflon- reforzado + grafito
35 Arosello esttico soporta anillo deslizante 35.1 Aflas o Kalrez
35.1 Anillo deslizante entre pistn balance y obturador Tefln- reforzado + grafito