SEMINARIO RECIRCULACION AUTOMATICA
AGUA ALIMENTACION CALDERAS
JAIME GONZALEZ, PresidenteLUIS GABRIEL ZAMBRANO MIngeniero Líder VálvulasCel. 321-371 [email protected]
“Soluciones para Control de Fluidos SCF Ltda.”www.scfingenieria.com.co
Preparado por:
Octubre 2011
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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
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TEMARIO
1. Problemas por recirculacion deficiente.2. Productos típicamente instalados.3. Características de la solución4. 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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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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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Recirculacion insuficientesubiéndose 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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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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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 permitapasar 87 GPM de agua conun diferencial (ΔP) de 1 PSItiene un Cv de 87.
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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
ProporcionalLenta0 - 30%
CA
UD
AL
Lineal
30 - 60%Rápida
60 - 85%100%
AperturaRápida
LentaApertura
Curva
Curva
Curva
Curvas de caracterización válvulas de control
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
% APERTURA
Apertura
ProporcionalLentaRespuesta
0 - 30%
CA
UD
AL
Lineal
30 - 60%
Respuesta
MAXIMONIVEL
NIVELA
RespuestaRápida
60 - 85%100%
NIVELMINIMO
AperturaRápida
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 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. Sobredimensionamiento2. 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
ColumnaAltura
Succión
CL de Vapor
Salida Válvula
NivelControl
Válvula
NivelControl
PB
RecirculaciónVálvula
PresiónDesaireador
Linea de Succión
CALDERA
De PresiónReguladora
“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. 2Las 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. 3Ocasionada 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
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Cavitación y erosión Válvulas de Recirculacion
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Las imágenes adjuntasmuestran varios tipos de“TRIM” diseñados paraminimizar ruido, cavitación yerosión.
La selección correcta del TRIM define la vida útil
de la valvula
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TRIM TIPO CASCADAIdeal para Recirculacion
PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
La clave para eliminarcavitación y erosión es lareducción de presión enetapas.La imagen adjunta corresponde al TRIM tipo cascada de:
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TRIM TIPO CASCADAEn 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
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PRODUCTOS TIPICAMENTE INSTALADOS
Valvula de control neumática
Valvula de contrapresión acción 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 rápidaBajo costo inicialBajo 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 flujo no por presión
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DISEÑO Y OPERACIÓN VÁLVULAS HBE.
CARACTERISTICAS
Acción directa: Actúa como respuesta al paso del fluido, sin señal neumática o eléctrica.
TRIM anticavitatorio:El conjunto de “by-pass”, incorpora un TRIM tipo cascada que elimina la cavitación.
Responde por cambios en flujo:Al pasar el fluido entre el disco principal y el asiento ejerce una fuerza de empuje dinámico que varia según el flujo, reposicionando el disco principal y obturando el by-pass.
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TABLA DE SELECCIÓN GENERAL VÁLVULAS HBE
EJEMPLO
Caudal nominal bomba = 400 GPMRecirculacion requerida = 20 % (80 GPM)Brida salida bomba = 3” x 600 #
SELECCIÓN GENERAL
Marca: HBEModelo: HPMTamaño: 3” x 3” x 1 ½” ANSI 600 #Flujo Max de la valvula: 500 GPM Flujo Max By-Pass: 150 GPM
NOTA IMPORTANTE: Esta selección solo sirve para definir el valor presupuestal de la valvula pero se requieren datos exactos para su fabricación.
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HOJA DATOS REQUERIDOS PARA SELECCIÓN
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. Aíslan zonas de alta presión y baja presión 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 posición.
ESTOS COMPONENTES CUMPLEN DOS FUNCIONES ESENCIALES
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MANTENIMIENTO REQUERIDO
Las partes blandas corresponden a dos tipos de sellos:
1. Sellos estáticos, O-Ring´s en Aflas o Kalrez.
2. Sellos deslizantes, anillos en teflón 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 posición abierta o cerrada
Frecuencia sugerida de cambio partes blandas:Cada dos años
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MANTENIMIENTO REQUERIDO
LISTADO MATERIALES BLANDOS(Ver Ensamble Pag. Anterior)
Parte# DESCRIPCION MATERIAL
31 Arosello estático o entre cabezal de control y brazo Aflas o Kalrez
32 Arosello estático o entre cabezal de control y cuerpo cascada
Aflas o Kalrez
33 Arosello estático soportaanillo deslizante 33.1 Aflas o Kalrez
33.1 Anillo deslizante entre pistón balance y cabezal control Teflon- reforzado + grafito
34 Arosello estático, soporta anillo deslizante 34.1 Aflas o Kalrez
34.1 Anillo deslizante entre pin- guía y cabezal control Teflon- reforzado + grafito
35 Arosello estático soporta anillo deslizante 35.1 Aflas o Kalrez
35.1 Anillo deslizante entre pistón balance y obturador Teflón- reforzado + grafito