martes, 11 de abril de 2017

CAU-UNIDAD 4: Calderetas de unidades de la armada y sus sistemas de control automático de funcionamiento.

UNIDAD 4: Calderetas de unidades de la armada y sus sistemas de control automático de funcionamiento.
Características del agua. Normas de seguridad en la operación de calderetas.

Controles necesarios en las calderas automáticas de vapor.

  • Secuencia de encendido
  • Nivel de agua de alimentación
  • Control de la llama.
  • Control de la presión.
  • Temperatura del combustible.
  • Temperatura de los gases de salida.
  • Total de sólidos disueltos

Secuencia de encendido
• Es el orden de operaciones que debe realizar la caldera para su encendido.
• El equipo llamado programador es el encargado de establecer la secuencia y los tiempos de trabajo.

Nivel de agua de alimentación
  • Este control mantiene el nivel de agua por encima de los tubos por donde circulan la llama o los gases.
  • Para una mayor seguridad las calderas están provistas de las siguientes indicaciones y protecciones.
  1. Nivel normal de trabajo.
  2. Bajo nivel.(advertencia)
  3. Bajo nivel.(parada )
Instrumentos para controlar el nivel del agua
• Control vertical usando flotante.
• Medidor capacitivo.
• Medidor ultrasónico.





Control de la llama
La fotocelda es la encargada de chequear que la llama este presente, si detecta un fallo desconecta la caldera, indicando mediante una señal de alarma lo ocurrido, dejando el ventilador en marcha.
Esto evita que se acumule en el hogar de la caldera combustible ,pudiendo provocar explosiones peligrosas en su interior.


Control de la presión
• Presostatos de ajuste fijo.
• Presostatos de modulación.
• Transmisores de presión.

Usos del presostato según el quemador
Caldera de dos pasos.
• Seguridad.
• Arranque y parada .
• Alto fuego.
• Bajo fuego.(piloto)

Caldera modulante.
• Seguridad.
• Arranque y parada.
• Modulación.

Presostato de seguridad por alta presión en la caldera.
Si la presión llega a la que ha sido ajustada en el presostato, la caldera se para provocando una señal de alarma.

Presostato para el arranque y parada
Tambien llamado presostato de control, donde se fijan los valores de presión mínimo y máximo de trabajo de la caldera para su normal funcionamiento.

Presostato para alto fuego
En las calderas de dos pasos, es el encargado de conectar la segunda llama para incrementar el fuego, dependiendo de la presión a la cual ha sido ajustado.

Presostato de modulación.
La salida continua de este presostato es conectada al modulador ,el cual se encarga de establecer la correcta relación aire -combustible, para mantener la presión en los valores prefijados.


Temperatura del combustible
• El termostato es el encargado de que la caldera no comience su funcionamiento hasta que el combustible no haya alcanzado la temperatura necesaria para establecer una correcta atomización.
• Utilizado en las calderas de fuel oil.
• Utilizado en instalaciones donde los tanques de combustible están expuestos a fríos extremos.



Temperatura de salida de los gases
• Se puede observar la temperatura de los gases mediante un termómetro llamado pirómetro que está conectado a la salida de los gases de la caldera.
• Esto indica la eficiencia de la caldera, cuando la temperatura de los gases es muy alta es una manifestación de que la caldera esta sucia o incrustada o existe algún otro tipo de problema.



Total de sólidos disueltos
• El objetivo de su control es evitar el arrastre de agua en el vapor , de sustancias sólidas y formación de espumas.
• El control se realiza mediante un sensor de conductividad que determina cuando debe actuar la válvula que esta conectada en la tubería de extracción de superficie.
• También se extraen los sólidos mediante una válvula llamada de extracción de fondo a la caldera, que puede ser manual o automática.




GENERADOR DE VAPOR HAGENUK KIEL TIPO 4778 F

  
CALDERETA “HAGENUK KIEL”

La finalidad de estas calderas es la de proveer vapor para los destiladores, calefacción y termo tanque de agua de servicios generales.

Descripción General.
El generador de vapor es una caldereta acuotubular vertical de circulación forzada, calentada desde arriba hacia abajo, donde una parte del agua de alimentación es evaporada luego de haber pasado una vez a través de la caldereta.
Cuando se ha puesto en servicio el generador de vapor, alcanza la presión de régimen de servicio como así también su rendimiento completo en pocos minutos.
El equipo es totalmente automático.
La parte de la unidad que genera el vapor se compone de serpentines arrollados. Los serpentines están conectados en conjunto de manera tal que forma un solo tubo de más de 100 metros de longitud. El agua de alimentación se bombea a la conexión de entrada de los serpentines y se convierte en vapor cuando pasa una sola vez a través de los mismos.
El combustible para la caldera es diesel o combustible mineral liviano apropiado para las especificaciones- nato F-76.
El combustible es aspirado a través de un filtro (206) por la bomba de combustible (209), se atomiza por medio de aire comprimido (aire primario) cuando deja los inyectores del cabezal de atomización del combustible (105).
Un conmutador de presión mínima de aire (101), desconecta la instalación cuando la presión de aire primario cae por debajo de un cierto valor. En la pre cámara, la fina niebla de combustible se mezcla con una parte del aire secundario que entra a través del cono estabilizador de llama. El aire secundario es suministrado por un soplador (202). La llama es supervisada por medio de un sensor fotoeléctrico (124).
La instalación activa alarmas y se desconecta automáticamente si no se ha producido el encendido del combustible cinco segundos después de la alimentación del mismo a la caldera.
Los productos gaseosos caliente de la combustión alcanzan las partes inferiores de las tuberías de agua a través del conducto de gases y se dispersan en todas direcciones, pasando por los serpentines y dejando su calor. Los gases después de haber entregado su energía se recolecta por encima de los serpentines en un conducto anular, precalienta allí el aire secundario y sale a través de la chimenea.
La alimentación de combustible se controla de manera tal que el 90% a 95% del agua bombeada a los serpentines se evapore en todo momento.
El agua de alimentación en exceso de 10% a 5%, es arrastrada por el vapor al separador de vapor (221), donde se separan el agua y el sedimento, antes que el vapor alcance la válvula principal (15). El agua y el sedimento se recolecta en el fondo del separador de agua y vapor (221).
Toda el agua por encima de la conexión de retorno de la trampa de vapor (223) fluye a través de esta y el intercambiador de calor (213) en donde entrega su calor al agua de alimentación y retorna nuevamente al tanque de agua de alimentación (232).
El motor eléctrico (215) acciona a través de correas a la bomba de agua de alimentación (230) y al soplador (202), al eje de este último se conecta a través de un manchón la bomba de combustible (209). Esta bomba suministra el combustible con una presión regulada a 12 bar al inyector fijado al cabezal.
El regulador de agua en derivación o by-pass (111) controla el suministro de agua de alimentación en forma automática para lograr la presión de vapor de salida requerida que demanda el equipo. Opera mediante la apertura o el cierre de la válvula que controla el retorno del agua al lado de aspiración de la bomba. El agua de alimentación suministrada en esta forma fluye a los serpentines a través del servo control de combustible (108). En este se ajustan el flujo de combustible requerido para la evaporación del agua y el flujo de aire secundario para una combustión correcta.
Por medio del ajuste hidráulico del conjunto de válvula de regulación del servo control de combustible (108) y de una válvula solenoide de tres vías (122) se logra que la combustión comience en la posición de bajo fuego. La presión del vapor puede ser ajustada hasta un máximo de 20 bar.
De acuerdo con las regulaciones dictadas por la ley del país de origen, el generador de vapor está equipado con los siguientes dispositivos de seguridad:
· dos válvulas de seguridad para presión de vapor (107), trabajando en paralelo, reguladas a una presión de 8.8 y 9.9 bar.
· dos conmutadores de temperatura límite (110) 250 °C.
· un conmutador de alta temperatura de vapor (117) 225 °C.
· un conmutador de límite de presión de vapor (115) 8.6 bar.
· un conmutador de presión mínima de aire (101) 1.8 bar.
· una válvula de seguridad de descarga bomba agua de alimentación (112) 43 bar.
· un servo control de combustible (108), deja de actuar por falta de agua de alimentación, apagando el fuego.
· dos válvulas solenoides de combustible (104), al límite de seguridad, puesta en serie en la entrada de combustible al quemador.
· un conmutador de temperatura límite de descarga de gases (109) 350 °C.

Todas las fallas serán indicadas en el panel del sistema de control electrónico con información acerca de la falla detectada. Al mismo tiempo se provee al centro de control, una indicación general de la falla.
No debe excederse la temperatura del vapor saturado para evitar daños al serpentín. Si durante un tiempo corto hay una. Temperatura excesiva del vapor que se desarrolla y llega al punto graduado en el conmutador de temperatura de vapor (117), el quemador se ajustará a la posición de bajo fuego por medio de la válvula solenoide de tres vías (122), accionando el vástago de la válvula reguladora de grado de evaporación en el servo control (108).
Cuenta con un conmutador de límite de presión de vapor (115) que apaga el generador de vapor parando la planta cuando llega al valor de regulación, que debe ser rearmada antes de intentar poner nuevamente en servicio. Si la presión continua aumentando por falla actúa las válvulas de seguridad mecánica (107).
La válvula dosificadora del servo control (108), controla automáticamente el suministro de combustible al quemador, en función al caudal de agua de alimentación a la caldereta.
Además del equipo de seguridad colocado de acuerdo a las leyes, el generador de vapor está equipado con los siguientes dispositivos de seguridad:
Si las correas que conducen el soplador se cortan, tanto su rotor como la bomba de combustible se paran, por lo tanto no habrá suministro de combustible al quemador. Pasado 3 segundos el detector de llama detiene la caldereta vía panel sistema de control electrónico.
Un conmutador de presión mínima de aire de atomización (101) detiene la caldereta cuando llega al valor regulado.
Si se excede la temperatura de los gases de escape el generador de vapor se desconecta por medio del conmutador de temperatura límite de escape (109). Todos los equipos de seguridad trabajan sobre la base del principio de corriente de circuito cerrado.

STONE VAPOR STEAM GENERATOR TYPE AD 4740

Descripción General.
El generador de vapor es muy similar en su estructura al la HAGENUK. Es una caldereta acuotubular vertical de circulación forzada, calentada desde arriba hacia abajo, donde el 90% del agua de alimentación es evaporada y el resto retornada al tamque de alimentación.
Cuando se ha puesto en servicio el generador de vapor, alcanza la presión de régimen de servicio como así también su rendimiento completo en pocos minutos.
El equipo es totalmente automático.

Para su descripción, se ha divido el equipo por partes o sistemas, a saber:
El sistema de agua:

1. Tanque de agua de alimentación. (agua destilada).
2. Bomba a pistón conducida por un motor eléctrico y acoplado a través de una caja de engranajes. La caja de engranajes posee un cárter que contiene aceite para su lubricación, y un visor de nivel. La bomba está equipada con una válvula de alivio y un grifo de purga.




3. Un by-pass regulador, que controla el caudal de agua enviado al serpentín. Este regulador usa la presión del vapor tomada antes de la válvula de toma para su control. Posee un by-pass manual para prueba.


4. Antes que el agua llegue al serpentín, sirve como medio de control del combustible. Esto se logra haciendo pasar el agua a través de un orifico calibrado a través de un diafragma, cuyo pasaje es controlado por una válvula aguja. Unida al diafragma está una palanca que controla el servo control de combustible que opera la válvula de control que entrega la cantidad correcta de combustible al quemador.


5. El agua es introducida a través de una válvula de retención a las distintas partes del serpentín (exterior, intermedia e interior). Cada una de estas secciones del serpentín poseen distinto diámetro, siendo la sección de mayor diámetro la sección interna que es la que está en contacto directo con el fuego.

Sistema de retorno de agua
El agua no evaporada, retorna desde el separador, pasa a través de una trampa de agua al indicador de flujo hacia el tanque de agua de alimentación.
Cuando el sistema funciona correctamente, el flap del indicador de flujo se moverá entre cuatro y doce veces por minuto.

Sistema de vapor
Desde el separador , el vapor circula hacia el sistema a través de la válvula de toma a una presión de 7 bar. Hay dos válvulas de seguridad reguladas a 9,3 bar. Antes de la válvula de tma de vapor, una línea de vapor se dirije hacia el regulador by-pass de agua, y otra línea hacia el sistema de atomización de combustible por vapor.

Sistema de combustible

Desde el tanque, el combustible pasa por una válvula de no retorno hacia un filtro antes de ser aspirado por una bomba a engranajes. La descarga de la bomba pasa por el regulador de alta presión a 12 bar. Esta presión se usa para la unidad de control de servo, y para la válvula de control de combustible. La presión al quemador será de un máximo de 6,2 bar, y un mínimo de aproximadamente 1,7 bar. El exceso de combustible del regulador de alta presión pasa hacia el regulador de baja presión a 4,5 bar de la unidad servo.

Control servo
Un dispositivo con formato de mariposa, el cual está equipado con tornillos especiales de ajuste en dos pistas, una en cada ala. Estas pistas están reguladas en cierto ángulo y trabajan sobre dos botadores con rodillos, uno para la válvula de control de combustible, y el otro para el control del aire de la combustión. El movimiento de la “mariposa” de servo control es seguido por estos dos botadores.


Aire o vapor para atomización del combustible
El combustible del quemador, puede ser pulverizado con la ayuda de aire o vapor

1. Aire desde el sistema de aire de alta presión del buque, o desde el compresor HIDROVANE, se toma a través de una válvula interceptora y una válvula de no retorno a una presión desde 40 PSI hasta 70PSI.
2. Vapor a través de una válvula interceptora y una válvula de no retorno , como con el aire, pero con una presión más alta, 80 PSI.

El ciclo
Esto ocurre cuando hay una baja demanda de vapor. Cuando la presión de vapor aumenta, el by-pas deja pasar mas agua y el servo se mueve para reducir el combustible hacia el quemador. Cuando toda el agua es pasada por el by-pass el servo acciona un switch para apagar el fuego. Cuando la presión de vapor se reduce y llega a un valor de 6,5 bar, el servo se mueve en sentido contrario y el fuego se reinicia. El aire de barrido nunca deja de ser suministrado.
Durante este ciclo, el sistema de ignición permanece encendido.

Dispositivos de seguridad
1. Temperatura de gases (alta y baja)en los dos casos, la caldera se detiene.
2. Rotura de serpentín. La caldera se detiene.

Límite de temperatura de vapor.
Instalado en el serpentín de salida del vapor opera en dos etapas.
Primero, cortando combustible al quemador cuando se produce una alta temperatura de vapor.
Segundo, si el sobrecalentamiento persiste, detiene directamente la caldera.


GENERADOR DE VAPOR CLAYTON
GENERALIDADES
El generador de vapor Clayton, es una caldereta acuotubular, vertical, calentada desde abajo y evacuará un 99% de vapor de agua y un uno por ciento de agua, llegará a su presión de trabajo dentro de los 5 minutos de iniciada la puesta en servicio en frío.

El equipo standard incluye dispositivo de seguridad para protección del serpentín por falta de agua, averías en el quemador, presión de vapor excesiva y sobrecarga en circuitos de seguridad. Los controles automáticos regulan el flujo de agua de alimentación parando o habilitando el quemador de acuerdo con la demanda de vapor de la línea de descarga.


SISTEMA DE AGUA Y VAPOR

Flujo.
El agua es bombeada directamente desde la cisterna con la bomba de agua de alimentación al interior del serpentín de evaporación, circulando en dirección opuesta a la de los gases de combustión, donde es gradualmente calentada hasta la temperatura de descarga de vapor. El fluido abandona la sección generadora, pasando por el tubo del termostato y por los helicoides de la tobera de separación en el separador de vapor.

La fuerza centrífuga dentro de la tobera separa el vapor (99%) del líquido excedente (1%), que cae a la parte inferior del separador. El vapor seco sale a través de la descarga ubicada en la parte superior del separador.

Bomba de agua

La bomba de agua del tipo diafragma está diseñada para alimentar un volumen fijo de agua al sistema durante la operación en cantidad suficiente para mantener al serpentín de evaporación a sección llena bajo todas las condiciones de carga.
La bomba es accionada por un motor eléctrico.
Los diafragmas de la bomba son operados hidráulicamente por aceite desplazado por pistones alternativos dentro de la bomba. Las válvulas by pass (operadas por solenoides) están incorporadas en la cabeza de cada uno de los cilindros de aceite derivando a una cabeza u otra la presión de aceite permitiendo la descarga de este al cilindro opuesto.

Serpentín de evaporación y separador.

El líquido circula a través del serpentín de evaporación en donde es calentado progresivamente hasta alcanzar la temperatura de vapor especificada. Luego es descargado dentro del separador de vapor en donde este y el agua son separados. El serpentín de evaporación está montado de manera tal que permite la dilatación libremente del mismo y forma la pared del líquido alrededor de la cámara de combustión.

Control del termostato

El termostato para la caldereta (protege al serpentín) en caso de producirse una falta parcial o total de agua, o sobrecalentamiento por alguna otra causa. El tubo del termostato forma parte del serpentín de evaporación y está ubicado en una zona muy expuesta al fuego. El tubo circular completo está rígidamente asegurado a un anillo externo apareado al interruptor del termostato. Cuando el tubo se expande, toma una posición excéntrica en relación con el anillo externo. La expansión del tubo termostático está calibrado de manera tal que actúe sobre el interruptor termostático cuando excede el valor límite prefijado, proporcionando un límite real en el control de temperatura. El interruptor del termostato está montado de manera tal que pare el generador de vapor cuando la cantidad de calor excede los límites prefijados.

El termostato auxiliar opera como un termostato secundario del termostato anterior.
Está tarado a una calibración mayor que el anillo termostático y también para la caldereta, si se produce alguna avería en el control del anillo termostático. Producido lo anterior deberá verificarse el sistema de agua y el anillo termostático por si existen averías. Una vez corregida la falla, poner la caldera nuevamente en marcha en forma manual.

Una válvula de alivio en el sistema de agua de alimentación protege a la bomba de agua contra presiones excesivas.

Cuando esta válvula gotea o cuando el manómetro de agua de alimentación indica una presión más elevada que la normal, es indicio de una posible formación de incrustaciones en el serpentín evaporador.

Separador de vapor

El vapor y el agua que entran en el separador desde el serpentín de evaporación y es donde el vapor es liberado y el agua es separada de manera centrifuga, pasando a la parte inferior en donde el líquido es derivado a la cisterna de condensado o tanque recibidor.
Vista esquemática del separador de vapor.

Trampa de vapor

La trampa de vapor permite que el exceso de agua pase del separador a la cisterna de condensado. Un sistema de trampa es necesario para asegurar que los sólidos disueltos llevados a través del serpentín de evaporación sean devueltos a la cisterna de condensado.
En una instalación determinada, el tiempo de cierre de la trampa de vapor es un buen indicio de la condición de trabajo de la bomba siempre que los otros factores permanezcan constantes.
Un manómetro de presión señala cuando la trampa de vapor está abierta o cerrada.
Cuando se pone en marcha la caldera o cuando se cambia bruscamente la carga (en disminución), el líquido excedente del serpentín de evaporación entra al separador, en donde es evacuado por la trampa de vapor.

El combustible es descargado al quemador de tiraje forzado bajo presión. La presión de combustible es controlada por un regulador de presión de combustible graduable . La modulación del quemador se logra por medio de válvulas solenoides de fuego bajo y de fuego alto operadas eléctricamente. Luego de la puesta en marcha manual, el gasoil entrará a través de la tobera del quemador de fuego bajo después de haber purgado durante 7 segundos el circuito.

La falta de llama provocará el cierre automático de la válvula de combustible dentro del segundo. Un interruptor operado por presión de aire del soplador parará la caldereta si falla el soplador o el motor.


MODULACIÓN AUTOMÁTICA DEL QUEMADOR
La modulación automática del quemador evita el reciclado persistente ON-OFF del quemador y proporciona una operación estable durante los periodos de carga liviana. Esto se logra mediante válvulas solenoides de fuego bajo y fuego alto.
Cuando la presión del vapor se eleva al valor preestablecido en el presostato la válvula solenoide de fuego alto será cerrada permitiendo un grado de combustión de uno y medio, el solenoide del registro de aire operado automáticamente limita el suministro de aire al quemador para mantener la proporción aire/combustible. La unidad volverá automáticamente a operar con fuego alto si la operación con fuego bajo no sobrelleva la carga del vapor.

Vista esquemática del quemador.

MANIFOLD DE ALIMENTACIÓN DE LOS QUEMADORES
El aire que entra a la voluta del quemador desde el soplador es suministrado centrífugamente a gran velocidad hacia el manifold de alimentación de los quemadores, en donde es mezclado con el combustible.
El combustible es encendido automáticamente por una chispa eléctrica de alta tensión. Un detector del llama está incorporado para detectar el encendido de la misma y mantener así el piloto permanentemente en funcionamiento.



Esquema de un sistema básico de vapor con una caldera Clayton.


Como se ha visto en estos ejemplos de calderas marinas y calderas de uso civil, las bases del funcionamiento y de la automatización son similares en todos los casos.
Se basan en parámetros críticos presentes en cualquier caldera: temperatura del vapor, presión del vapor, presión de aire y combustible, presencia de llama, temperatura de gases, etc.


Los detalles de funcionamiento y mantenimiento de las calderas embarcadas serán objeto de estudio mas detallado en los cursos de preembarco que se dictan en la ESTT.


GUÍA PARA PREVENIR ACCIDENTES
Como una guía rápida y universal para evitar inconvenientes, averías en los equipos, y daños personales en  la puesta en marcha de un generador de vapor, podemos mencionar los siguientes puntos:

- Cumplir estrictamente el plan de rutinas establecido por el fabricante del equipo.
- Bajo ningún concepto obviar la purga de niveles al inicio de cada turno.
- No encender nunca la caldera sin el chequeo previo del nivel de agua
- No perder de vista el indicador visual de nivel.
- No permitir irregularidades en la indicación de nivel: ensuciamiento, falta de luz, pérdidas.
- No encender nunca un quemador sin barrido previo de gases.
- Usar sistemas de encendido adecuados: la demora en el encendido es causa de explosión.
- Prever las emergencias y estar preparado para enfrentarlas. No esperar a que sucedan para empezar a pensar.
- No encender nunca una caldera sin chequear la posición de todas las válvulas: purgas, venteos, niveles, manómetros, etc.
- No abrir nunca una válvula de agua o vapor a presión en forma rápida.
- No dejar nunca una válvula de purga abierta sin atención directa.
- No apretar tornillos o tuercas bajo presión de aire o vapor.
- No golpear ningún objeto sometido a presión de aire o vapor.
- No dar nunca órdenes verbales para operaciones importantes: registrar por escrito.
- No modificar el ajuste de la presión de escape de las válvulas de seguridad sin la debida autorización.
- No permitir la intervención de personas no autorizadas en ninguno de los equipos de la planta de vapor.
- Llenar cuidadosamente las planillas diarias, datos de operación y novedades.
- No dejar nunca de comunicar a quien corresponda cualquier anormalidad que se observe en la caldera o equipos auxiliares.
 índice
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https://drive.google.com/open?id=0B1rlCioRveAHa2EzX090aFpyNXc

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FUENTES:

M.J.D.

HMS SULTAN- ROYAL NAVAL MARINE ENGINEERING SCHOOL-" Auxiliary Machinery & Systems TYPE 42"



Ing. Walter Barreto CALDERAS DE VAPOR



ESTT - APUNTES PREEMBARCO MEKO 360