DIA 2
3. CONTROL DE NIVEL DE AGUASe denomina control de nivel de agua
de una caldera o calentador al sistema de seguridad capaz de
desconectar el elemento calefactor del equipo, ante la presencia de
un bajo nivel de agua. Debemos mencionar que el control de nivel de
agua tiene una doble funcin: Controlar de forma automtica la
reposicin de agua a la caldera, y asimismo permitir el trabajo
continuo de la caldera, desconectndose solamente en el caso de
presentarse una baja de nivel. Es decir, cuando empezamos a generar
vapor en una caldera, este vapor que se consume, es necesario
reponerlo en forma de agua a travs de un sistema de alimentacin,
generalmente una bomba de agua, de tal forma que se empieza a
trabajar en un sistema alternado, cuando baja el nivel de agua,
prende la bomba, y sucesivamente, pero si por alguna razn el nivel
de agua baja mas de lo necesario de acuerdo a la calibracin inicial
del control de nivel, deber funcionar el sistema de seguridad
desconectando todo el sistema elctrico, y en consecuencia el
quemador del equipo, con la seguridad de evitar un posible
siniestro. Si el nivel de agua interno cae demasiado, la caldera se
puede quemar. Tambin aqu se debe estar siempre en guardia. Una
caldera de vapor necesita agua para refrescar las superficies de
metal. Sin un nivel correcto de agua el calor se acumula
rpidamente. Demasiado calor crea una condicin de funcionamiento muy
peligrosa.
Que puede motivar un bajo nivel de agua?En un sistema abierto de
vapor, es normal una cierta prdida de agua por evaporacin. Cun
grande es esta prdida depende del tamao y condicin del sistema. Sin
embargo, cuando la prdida de agua es mucha, lleg el momento de
comenzar a localizar averas. Hay muchos lugares donde buscar, a
continuacin una lista de ellos: Salidas de aire sucias, no
asentadas correctamente, y con fugas de vapor a la atmsfera. Vlvula
de purga de la caldera parcialmente abierta. Alguien, por cualquier
razn, ha estado extrayendo agua caliente de la caldera. La vlvula
de alivio ha descargado. La bomba de condensados no funciona como
debe.
El flotador puede haberse aflojado. Condensado demasiado
caliente para ser bombeado.(Compruebe las trampas de vapor).
Arreglo de tubera incorrecto cerca de la caldera puede lanzar agua
al sistema o causar inclinacin de la lnea de agua durante la
operacin. Escape del agua de retorno (sospeche siempre de cualquier
tubera enterrada). Vlvula de retencin pegada o parcialmente pegada.
La caldera hace espuma o el vapor arrastra agua. Compruebe el PH.
Debe estar entre 7 y 9. Compruebe el estado del agua. El agua sucia
puede hacer espuma o ser arrastrada. Compruebe el quemador. Una
llama exagerada puede provocar arrastre de agua. Tuberas con
pendiente incorrecta. Alimentador automtico no trabaja
correctamente. Cmara con sedimentos. Lnea de alimentacin obstruida.
No todo el condensado retorna del sistema (problema comn en
procesos). Metal de la caldera corrodo y con escape en la lnea de
agua. Llene la caldera hasta el tope para comprobar si hay escapes.
Los buenos reparadores dedican tiempo a observar el sistema
completo antes de decidir qu est incorrecto. Investigar
cuidadosamente, con calma, llevar a la solucin del problema.
Debemos mencionar que anteriormente, cuando tenamos una caldera de
operacin manual se utilizaban los inyectores de agua, que eran
elementos que abastecan de agua a la caldera a travs de un
mecanismo de vaco que funcionaba con la misma presin de vapor del
caldero, ya no es usual ver instalados en equipos trmicos estos
elementos. Todas las autoridades y las principales compaas de
seguros reconocen esta necesidad. La norma ASME para calderas de
calefaccin a baja presin, por ejemplo, especifica: cada caldera de
vapor debe estar equipada con un sistema automtico de control de
corte de combustible por bajo nivel de agua. El dispositivo a que
la norma se refiere se conoce como control de bajo nivel de agua, y
su funcin es apagar el quemador para proteger la caldera.
A continuacin se aprecia una grafica del grave dao que puede
producir en la caldera una falla por bajo nivel de agua
Los sistemas de control de nivel mas utilizados en nuestro medio
son:
a. Control de bajo nivel de agua operado por flotadorEste tipo
de dispositivo se ha estado utilizando desde los aos veinte, y ha
ganado la reputacin de confiable en todo el mundo. Generalmente se
monta directo en las tomas del indicador de nivel de agua. El nivel
del agua en la cmara del control de bajo nivel de agua mimetiza el
nivel del agua en la caldera. Como el nivel del agua disminuye en
la caldera al producirse vapor, el nivel y el flotador en el
dispositivo tambin caen. Si el flotador desciende por debajo del
nivel crtico del nivel de agua, dispara un interruptor elctrico
conectado en serie con el quemador. El quemador se apaga
inmediatamente y permanecer apagado hasta que el nivel del agua
aumente hasta un punto de funcionamiento seguro Dentro de los
controles ms utilizados, encontramos los flotadores Mc Donnell
& Miller, de procedencia americana, a continuacin describimos
los modelos ms comerciales y de mayor uso en nuestro mercado:
MODELO 150 Y 157 M Son controles de nivel del tipo flotador en el
que sus elementos que realizan el contacto elctrico, son de
mercurio y son recomendadas para presiones de hasta 150 Psi.
La diferencia entre los modelos 150 y 157, es el tamao, por el
contrario el flotador, la caja de contactos y los contactos de
mercurio son los mismos. En el modelo 150 conocido como columna de
bola debemos agregar a travs de niples y conexiones la instalacin
de las vlvulas de nivel de agua, en las que se instala el tubo
visor de la caldera, el tubo visor es el que refleja el nivel
interno de agua, por tanto su instalacin correcta es de altsima
importancia.
En los modelos 157 tenemos la ventaja que en el cuerpo de la
columna ya tenemos preparados los puntos de instalacin para las
vlvulas de nivel de y el tubo visor.
Como se aprecia en la grafica, vemos dos ampollas de mercurio,
una de dos terminales que conforma un contacto normalmente cerrado,
(NC) que es la que controla la operacin automtica de la bomba y
otra de tres terminales que conforma un contacto de conmutacin, con
un contacto normalmente cerrado y otro abierto que es la que
controla el sistema de seguridad y alarma .en el caso de un bajo
nivel de agua.
MODELO 150 Y 157 S En un afn de constante innovacin y
proponiendo alternativas ecolgicas, los fabricantes de controles de
nivel del tipo flotador han querido reemplazar las ampollas de
mercurio por elementos que realicen el contacto elctrico, del tipo
microswicht o micro interruptores de oxido-cadmio, recomendadas
tambin para presiones de hasta 150 Psi. La accin de los contactos
elctricos es idntica a la del modelo 150 y 157M, pero en estos
modelos se han reemplazado las ampollas de mercurio por micro
interruptores para realizar las acciones de operacin de bomba de
agua y seguridad en caso de bajo nivel. La operacin de los
contactos en ambos casos esta descrita en el siguiente cuadro.
Los dos tipos de control por flotador tambin son disponibles en
modelos con reset, es decir, despus de producirse una condicin de
bajo nivel de agua quedan bloqueados hasta que el operador de la
caldera determine la falla y accione el reset para reactivar todo
el sistema. Debemos hacer mencin que los modelos anteriores de
acuerdo a lo descrito se utilizan solamente hasta presiones de 150
Psi, pero tambin tenemos disponibles modelos hasta presiones de
hasta 250 Psi, el principio de funcionamiento es el mismo, pero el
cuerpo de la columna es mas robusto, el material del fuelle es mas
resistente y el tipo de contactos tambin tiene diferencia con los
modelos 150, en la siguiente grafica se muestra un modelo de la
serie 194 para presiones de hasta 250 Psi.
Es importante la instalacin de una vlvula de purga en los
controles de nivel del tipo flotador, para evitar sedimentos que
puedan impedir el libre desplazamiento de la boya interna de
operacin.
Actualmente Disponemos en el mercado nacional de un control
recientemente lanzado por la Mc Donnell & Miller, se trata de
una columna y control de nivel pero con control de electrodos, tal
como se aprecia en la grafica en este modelo ya no se trabaja con
contactos elctricos, por el contrario con una tarjeta electrnica y
rels de contactos para la operacin automtica de la bomba de agua y
seguridad de corte por bajo nivel de agua. El modelo de esta
columna es 150 y 157E.
b. Control de nivel de agua del tipo electrodo y rel
(Warrick)Son controles electromecnicos o electrnicos que se
utilizan como sistema auxiliar para el caso de una posible falla
del control de flotador, es decir la deteccin del bajo nivel de
este control, esta por debajo del control principal por flotador.
Con esta afirmacin no queremos decir que este tipo de controles
solamente pueden trabajar como controles auxiliares, tambin pueden
trabajar como controles principales, incluso realizando las dos
funciones: de control automtico de la bomba de agua y de seguridad;
debido a que dentro de sus caractersticas esta la confiabilidad del
control y su bajo mantenimiento. Es decisin del fabricante de
calderas la eleccin de su control de nivel de agua que va a ser
utilizado como principal y/o auxiliar, algunas calderas tienen
doble control por
flotador, o una combinacin de flotador como control principal y
de electrodos como control secundario, ambos sistemas ofrecen
seguridad y confiabilidad. Este tipo de controles basan su
funcionamiento y son activados por conductividad, tienen una bobina
primaria que es permanentemente alimentada de la tensin de red y un
transformador que cambia el voltaje en la bobina secundaria, esta
bobina secundaria, conectada en uno de sus puntos en un electrodo y
en el otro punto a la carcaza de tierra, en la siguiente grafica,
apreciamos el circuito interno del rele.
Por tanto, cuando el liquido conductivo hace contacto con un
electrodo que esta aislado en un extremo y en contacto con el
lquido en el otro extremo, y un punto de la bobina secundaria a la
carcasa metlica del recipiente para cerrar el circuito, el cual
acciona una bobina interna, la misma que a su vez activa un juego
de contactos elctricos, normalmente abiertos y cerrados para
utilizarlos de acuerdo a nuestra necesidad.
El voltaje de la bobina secundaria del transformador del rele
esta directamente relacionado con la sensibilidad del lquido que
estamos controlando y la distancia permitida hasta el electrodo
para que el sistema trabaje normalmente. A continuacin se anexa una
grafica para la seleccin del control por electrodos de acuerdo a
nuestras necesidades:
SELECCIN DE BOMBAS DE AGUA
Para la seleccin de las bombas de alimentacin de agua a la
caldera , deberemos considerar las siguientes pautas: 1.
Temperatura de operacin .-La mayora de bombas para calderas vienen
preparadas para trabajar con temperaturas de hasta 225F (107 C),
sin embargo ,se deber realizar la consulta con el representante ,o
consultar la ficha tcnica de las bombas 2. Presin de operacin .- De
acuerdo a nuestra presin de operacin de la caldera .Es un dato que
tambin consigna las hojas tcnicas emitidas por los fabricantes . 3.
Caudal necesario .- en este punto , se hace necesario realizar el
calculo del caudal de evaporacin de nuestra caldera , el cual est
definido por la siguiente formula.Q Potx34.5 250
Donde: Q : Pot : Caudal necesario de la bomba en seleccin,
Gal/min Potencia de la caldera en BHP
Realizaremos el clculo para una caldera de 100 BHP
Q
100x34.5 250
Q 13.8
Entramos a catalogo bombas BURKS PUMPS (Ver anexos finales para
catlogos completos).
La bomba seleccionada es el modelo 330CS7M de 3 H.P. de potencia
y 13.3 Gal/min a 119.1 Psi. Con este clculo ,no queremos
direccionar nuestra seleccin hacia un fabricante en especial , por
tanto , realizaremos la misma seleccin en el cuadro de bombas
Aurora
La bomba seleccionada es un modelo I5 ,con motor de 5 H.P. y
caudal de 15 gal/min a 280 pies. Para convertir de Psi a pies ,
multiplicar por factor 2.3113
