SEMINARIO RECIRCUL RECIRCULA A CION AUT A UTOMA OMATICA TICA AGUA A GUA AL A L IMENTA IMENTA CION CAL CA L DERAS DERA S Octubre 2011
Preparado por: JAIME AIME GONZ GONZAL ALEZ, EZ, Pres Presid iden ente te LUIS UIS GABR ABRIEL IEL ZAMB ZAMBRA RANO NO M Inge Ingeni nier ero o Líde Líderr Válvu álvula lass Cel. Ce l. 321321-37 371 1 8291 8291
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“Soluciones “Solu ciones para para Control de Fluido Fluidoss SCF Ltda. Ltda.”” www.scfingenieria.com.co
SEMINARIO RECIRCUL RECIRCULA A CION AUT A UTOMA OMATICA TICA AGUA A GUA AL A L IMENTA IMENTA CION CAL CA L DERAS DERA S Introducción SCF Ltda SCF Ltd a. 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 res ueltos reemplazando válvulas de recirculacion controladas neumáticamente neum áticamente por válvulas de tres vías acción directa
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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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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE Anillo de fricción Rotor
Línea de balance No. 1 Daño de rotores y sellos en bombas multietapa 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.
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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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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
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
Cambio de flujo 200 GPM
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE
Cv = Coeficiente Volumétrico de Descarga Todas las válvulas tienen una capacidad de flujo definida por pruebas realizadas en fabrica
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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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE Curvas de caracterización válvulas de control en a 0 - 30%
L A Curva D Apertura U Rápida A C
roporc ona 30 - 60%
Curva Apertura Lineal
Curva Apertura Lenta
% APERTURA
p a 60 - 85%
100%
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.
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE NIVEL MAXIMO
Respuesta Lenta 0 - 30%
L A Curva D Apertura U Rápida A C
A NIVEL
Respuesta Proporcional 30 - 60%
Curva Apertura Lineal Curva Apertura Lenta
% APERTUR
NIVEL MINIMO
Respuesta Rápida 60 - 85%
100%
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 Control Nivel
L C
Presión Desaireador
Reguladora De Presión
Válvula Salida de Vapor
DESAIREADOR
Altura Columna Succión
PB
Válvula Control Nivel
CALDERA
Válvula Recirculación
Linea de Succión
“La Cola” Cuando esta valvula se abre, porque sube la presión, hace caer la presión obligando a la de control de nivel a abrirse
“La Cabeza” Cuando esta valvula se cierra, sube la presión que actúa la valvula de recirculacion, “ La Cola”
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE Valvula neumática de recirculacion
Valvula control nivel Presión
No. 2
Excesivo nivel en el domo
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.
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE Valvula neumática de recirculacion
Valvula control nivel Presión
No. 3
Caída de nivel en el domo
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.
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE Cavitación y erosión Válvulas de Recirculacion
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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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE TRIM TIPO CASCADA Ideal para Recirculacion
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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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE TRIM TIPO CASCADA En el conjunto By-Pass de las válvulas
HBE 1ª etapa: Orificios fijos de ingreso a cámara generadora de vórtice. 2ª etapa: cuatro entradas tangenciales generan vórtice 3ª etapa: Primer orificio variable 7ª etapa: Alineador de flujo rompiendo vórtices 4ª, 5ª y 6ª etapa: Orificios variables
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PROBLEMAS POR RECIRCULACION DEFICIENTE Valvula atemperación
Valvula neumática de recirculacion Presión
Flujo atemperación
No. 4
Atemperado inestable
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.
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PRODUCTOS TIPICAMENTE INSTALADOS
Valvula de control neumática
PARA CALDERAS ACUATUBULARES Generando
mas de 20 Ton / Hora Respuesta lenta Alto costo inicial Alto costo de mantenimiento
Valvula de contrapresión acción directa
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 PROBLEMA 1. Daño de rotores y sellos en bombas multietapa, por recirculacion deficiente
CARACTERISTICA REQUERIDA
Acción directa
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 GPM Recirculacion requerida = 20 % (80 GPM) Brida salida bomba = 3” x 600 #
SELECCIÓN GENERAL Marca: HBE Modelo: HPM Tamaño: 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 Flujo Princip al Minimo GPM Maximo GPM Normal GPM Flujo min. Bomba GPM Presion Descarga Bo mba
m3/hr m3/hr m3/hr m3/hr
Flujo normal
PSIG
kpa
Flujo de By-Pass Aislado o Cerrado Contrapresion by-pass
PSIG PSIG PSIG
kpa kpa kpa
°F °F
°C °C
Temperatura Normal Maxima
Fluido *Gravedad especifica *Presion de vapor *Viscosidad *Si es fluido dife rente a Agua
psia Centipoise
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MANTENIMIENTO REQUERIDO SOLO SE REQUIERE DAR MANTENIMIENTO A LOS COMPONENTES BLANDOS ESTOS COMPONENTES CUMPLEN DOS FUNCIONES ESENCIALES
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.
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MANTENIMIENTO REQUERIDO CONJUNTO OBTURADOR BY-PASS
Frecuencia sugerida de cambio partes blandas: Cada dos años 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.
NOTA IMPORTANTE: Es fundamental utilizar repuestos originales HBE, pues de lo contrario la valvula puede quedar en posición abierta o cerrada
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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
Aflaso Kalrez
32
Arosello estático o entre cabezal de control y cuerpo cascada
Aflaso Kalrez
33
Arosello estático soportaanillo deslizante 33.1
Aflaso Kalrez
Anillo deslizante entre pistón balance y cabezal control
Teflon- reforzado + grafito
Arosello estático, soporta anillo deslizante 34.1
Aflas o Kalrez
Anillodeslizante entre pin-guía y cabezal control
Teflon-reforzado + grafito
Arosello estático soportaanillo deslizante 35.1
Aflaso Kalrez
Anillo deslizante entre pistón balance y obturador
Teflón- reforzado + grafito
33.1 34 34.1 35 35.1