INTRODUCCION
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Curso de Operación y Mantenimiento Preventivo
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Introducción Hoy en día, una de las grandes problemáticas que enfrenta la Industria Nacional es la falta de personal técnico especializado que garantice la eficiente operación, conservación y el máximo rendimiento de la moderna y sofisticada maquinaria que en la actualidad se fabrica y que es el resultado del constante avance tecnológico de nuestros días. Debido a esto, es muy común observar que en casi todas las empresas hay maquinaria o equipos que no alcanzan la eficiencia y rendimiento que podrían dar. También es fácil escuchar que los propietarios de esos equipos se quejan de los mismos, deduciendo que son de mala calidad y peor manufactura. Sin embargo, aquí cabría preguntarse si la causa de las anomalías radica en la falta de precaución por parte del operador. Seguramente, y si tuviéramos la honestidad de confesarlo se vería que un gran porcentaje de operadores no están debidamente capacitados para manejar tal o cual maquinaria, y en consecuencia dicha maquinaria nunca alcanzará el estándar de eficiencia que podría brindar al usuario. Precisamente esta es la razón por la que Clayton de México a través de su Centro de Capacitación fomenta el adiestramiento de los operadores del Generador de Vapor y/o Agua Caliente Clayton, con el firme propósito de que cada Generador cuente con un operador competente que garantice la operación óptima de su Generador, y lo mantenga siempre en las mejores condiciones de servicio. Sin embargo, un factor determinante para alcanzar este fin depende de la responsabilidad del operador. Y es que desafortunadamente, ésta es la única cualidad que ni este curso ni cualquier otro de su tipo pueden despertar en el individuo de tal suerte que este curso nunca podrá, lograr los objetivos para los que fue creado, si la persona que lo toma no está consciente de la importancia de su generador dentro de su empresa, es decir que sólo cuando el operador tenga la honestidad necesaria para aceptar sus deberes y obligaciones y se disponga a cumplir poniendo en ello su mejor esfuerzo, y su máxima voluntad para lograrlo. Entonces sólo así podremos tener la certeza que, este curso y tantos otros de su tipo podrán alcanzar objetivos para lo que fueron creados. En la actualidad el vapor de agua es usado en miles de procesos industriales ya que, constituye una de las fuentes más productivas para todo tipo de energía, debido a que es la más económica y segura. La tecnología en la fabricación de Calderas, ha avanzado a gran velocidad, al grado tal, que hoy en día es posible elegir entre una gran variedad de equipos el que más se adapte a las necesidades del usuario.
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Las descripciones y especificaciones de este manual mostradas estaban vigentes en el momento de su aprobación de esta publicación para su impresión. Clayton de México S.A. de C.V. cuya política es la mejora continua, se reserva el derecho de descontinuar modelos en cualquier momento, o cambiar especificaciones o diseño sin previo aviso y sin incurrir en ninguna obligación.
RESUMEN DE SEGURIDAD
Observe todas las etiquetas de Precaución y las etiquetas de Advertencia sujetas en la unidad del generador de vapor y todos los componentes. La falta de observación en las etiquetas de Precaución y Advertencia puede ocasionar graves lesiones al personal y daños al equipo.
ALTO VOLTAJE Tenga cuidado al trabajar en el interior del gabinete de control eléctrico.
PELIGRO DE FUEGO Y EXPLOSION Mantenga TODOS los trapos, toallas, papeles, solventes, trozos de madera y otros residuos a 6 pies (1.5 metros) o más apartados del generador de vapor. Cuando realice el mantenimiento en el sistema de combustible del generador de vapor, asegúrese de que las válvulas principales de abastecimiento de combustible estén bien cerradas. Limpie inmediatamente todos los derrames de combustible líquido . PELIGRO ALTA PRESION Siempre verifique que la presión de vapor este disminuida en todos sistemas de vapor antes de realizar el sistema de instalación hidráulica, sistema de calefacción o el sistema del recipiente sujeto a presión en mantenimiento o reparación. TEMPERATURAS ALTAS La unidad de calentamiento, separador de vapor y todas las superficies de tubería están CALIENTES. Permita que el sistema del generador/vapor se enfrié antes de realizar cualquier reparación o mantenimiento.
Es deber y responsabilidad de todo el personal involucrado en la operación y mantenimiento de este equipo el entender completamente los procedimientos contenidos en este manual y observar los casos de advertencia,
ADVERTENCIA Los párrafos ADVERTENCIA deben ser observados para prevenir lesiones al operador o compañeros . PRECAUCIÓN Los párrafos de PRECAUCIÓN deben ser observados para evitar daños al edificio o algún equipo o pérdida de la eficiencia del propio equipo.
NOTA Los párrafos de NOTA deben ser observados para la operación esencial y efectiva de los procedimientos, condiciones o reglas para el mejor funcionamiento .
Índice
SECCIÓN I
PÁGINA
PRINCIPIOS TEÓRICOS
o
o Concepto de Vapor .................................................................................. 1
o Generación de Vapor ............................................................................... 1
o Tipos de Generadores de Vapor ............................................................... 2
o Utilización del Vapor ................................................................................. 4
o Sistemas de Vapor ..................................................................................... 5
o Capacidad de un Generador ................................................................... 7
o Descripción del Modelo de un Generador Clayton .................................. 7
o Modulación de la Capacidad del Generador .......................................... 9
SECCIÓN II o
COMPONENTES BÁSICOS DEL GENERADOR o Unidad de Calentamiento ......................................................................... 11
o Accesorios de la Unidad de Calentamiento ............................................. 13
o Separador de Vapor .................................................................................. 14
o Trampa de Vapor....................................................................................... 15
o Bomba de Agua......................................................................................... 18
o Conjunto Quemador y Ventilador ............................................................. 23
SECCIÓN III o
FLUJO DE AGUA VAPOR
o Flujo de Agua y Vapor en el Generador ................................................... 25
o Accesorios del Sistema de Agua, Vapor y Dispositivos de Seguridad ...... 26
o Bomba de Agua......................................................................................... 27
o Filtro “Y” ..................................................................................................... 27
o Amortiguador de Admisión ........................................................................ 27
o Amortiguador de Descarga ....................................................................... 28
o Valvula de Alivio........................................................................................ 28
o Válvula de Contra Flujo (Check) ............................................................... 29
o Interruptor de Nivel de Aceite .................................................................. 29
o Unidad de Calentamiento ......................................................................... 30
o Termocople Auxiliar del Control Principal de Temperatura (FP) ............... 30
o Termocople Principal del Control de Temperatura ................................... 31
o Separador de Vapor .................................................................................. 31
o Válvula de Seguridad ................................................................................ 31
o Transmisor de Presión................................................................................. 31
o Trampa de Vapor....................................................................................... 32
o Termómetro................................................................................................ 32
o Válvula del Inspector ................................................................................ 33
o Válvula de Alimentación a la Unidad de Calentamiento ......................... 33
o Válvula de Purga de la Unidad de Calentamiento ................................... 33
o Válvula del Soplador de Hollín .................................................................. 34
o Interruptor Presión de Vapor y Modulador de Presión .............................. 34
o Dispositivos Eléctricos Step Fire ................................................................. 35
SECCIÓN IV o
TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN o Parámetros Reglamentarios para la Operación........................................ 47
o Compuestos Químicos y Accesorios para el Control del Agua de
Alimentación ............................................................................................. 49
o Dureza del agua ........................................................................................ 49
o Equipo Suavizador ..................................................................................... 50
o Operación del Suavizador ......................................................................... 51
o Desmineralización...................................................................................... 54
o Osmosis Inversa .......................................................................................... 56
o Filtro Lecho Profundo................................................................................. 57
o Filtro de Lecho Mixto o Multimedia ........................................................... 57
o Filtro de Carbon Activado ......................................................................... 57
o Corrosión ................................................................................................... 57
o Corrosión por Oxígeno Disuelto ................................................................. 58
o Corrosión por pH ........................................................................................ 59
o Corrosión por presencia de ácido carbónico ........................................... 59
o Sólidos Disueltos Totales ............................................................................ 60
o Sólidos en Suspensión ................................................................................ 60
o Tratamiento Interno ................................................................................... 60
o Bomba Dosificadora .................................................................................. 61
o Arrastres ..................................................................................................... 62
o Solidos Disueltos ........................................................................................ 62
o Control de Solidos Disueltos ...................................................................... 63
o Compuestos Químicos CLAYTON para Acondicionamiento de agua
de agua de alimentación ......................................................................... 64
o Dosificación de Productos Químicos ......................................................... 64
o Síntomas Típicos de Incrustación .............................................................. 65
o Equipo de Análisis para Agua de Alimentación CLAYTON (UH282839 ...... 66
o Toma de Muestras...................................................................................... 66
o Agua de Alimentación .............................................................................. 66
o Procedimiento de Prueba para el Agua de Alimentación........................ 67
SECCIÓN V o
SISTEMA DE COMBUSTIÓN
o Sistema de Combustión ............................................................................. 69
o Proceso de Combustión ............................................................................ 69
o Tipos de Combustible que usa el Generador CLAYTON ............................ 70
o Quemador de Combustible Diésel ............................................................ 73
o Quemador de Combustible Gas ................................................................ 75
o Interruptores de Presión y Modulación de Vapor ..................................... 76
o Hollinamiento ............................................................................................. 77
o Síntomas de Hollín Acumulado en la Unidad de Calentamiento .............. 77
o Ajuste del Quemador................................................................................. 78
o Diagnóstico para Falla de Encendido del Quemador .............................. 80
o Falla del Quemador ................................................................................... 80
o Bomba de Combustible ............................................................................. 81
o Regulador de Presión de Combustible Diésel ........................................... 81
o Interruptor de Presión de Combustible (FPS)............................................. 82
o Regulador de Presión de Gas .................................................................... 83
o Interruptor de Presión de Aire ................................................................... 84
o Válvula Principal de Gas Tres Posiciones (MGV) ....................................... 84
o Válvula de Cierre por Seguridad de Dos Posiciones (SSV) ........................ 85
o Control Electrónico de Combustión (ESC) ................................................ 85
o Detector de Flama IR ................................................................................ 86
o Detector de Flama o Fotocelda UV .......................................................... 86
SECCIÓN VI o
OPERACIÓN DEL GENERADOR o Secuencia de Arranque (Generadores EO30- E200 y SF100S – SF200S) ................. 87
o Secuencia de Arranque (Generadores EG30- E200 y SF100S – SF200S) ................. 90
o Secuencia de Paro .................................................................................... 93
o Soplado de Hollin Modelo E ...................................................................... 93
o Soplado de Hollín Modelo SF ..................................................................... 95
o Purga del Generador ................................................................................. 98
o Secuencia de Arranque (Generadores E10,15 yE20) ........................................ 100
o Secuencia de Paro .................................................................................... 106
SECCIÓN VII o
MANTENIMIENTO PREVENTIVO o Generalidades ........................................................................................... 109
o La Bitácora de Operación y Mantenimiento ............................................. 109
o Servicio Diario ............................................................................................ 109
o Servicio Semanal ....................................................................................... 110
o Servicio Quincenal..................................................................................... 112
o Servicio Mensual ........................................................................................ 113
o Servicio Anual ............................................................................................ 115
o Bitácora de Operación (Hoja Frontal y Posterior) ..................................... 116
SECCIÓN VIII o
AJUSTE DE QUEMADORES USADOS EN LOS GENERADORES o Quemador para Generadores E10,E15,E20, T500 y T700 (DIÉSEL) .............. 117
o Quemador para Generadores E10,E15,E20, T500 y T700 (GAS) ................. 118
o Quemador para Generadores, E30,E40 y T1400 (DIÉSEL)........................... 119
o Quemador para Generadores E30,E40 y T1400 (GAS) ............................... 120
o Quemador para Generador E60 y T2500 (DIÉSEL)...................................... 121
o Quemador para Generador E60 y T2500 (GAS) ......................................... 122
o Quemador para Generador E100, SF100S y T5000 (DIÉSEL) ....................... 123
o Quemador para Generador E100, SF100S y T5000 (GAS)........................... 124
o Quemador para Generador E150,E185,SF150S y SF200S (DIÉSEL) .............. 125
o Quemador para Generadores E150,E185,SF150S y SF200S GAS ................. 126
SECCIÓN IX o SECUENCIA ELÉCTRICA DE OPERACIÓN ....................................................... 127
SECCIÓN X o SÍNTOMA, DIAGNÓSTICO Y SOLUCIÓN POSIBLE ........................................... 141
Sección I Principios Teóricos
CONCEPTO DE VAPOR
Imaginemos lo que ocurre cuando colocamos un recipiente con agua, sin tapa, sobre una fuente de calor. A medida que pasa el tiempo, el calor desarrollado se transmite a través del recipiente y el agua empieza a incrementar su temperatura hasta burbujear, desprendiéndose como resultado de este aumento de temperatura, agua en estado gaseoso que escapa a la atmósfera. Lo anterior produjo un cambio físico en el agua, de líquido a gaseoso, es decir, el calor que es transferido al agua es expulsado de inmediato en forma de “vapor” hacia el medio ambiente. Si dejamos el recipiente con agua sobre la fuente de calor durante más tiempo, el agua continuará transformándose en vapor hasta que no quede ninguna gota, debido a que no almacenamos nada de este vapor, se expulsa totalmente a la atmósfera. Del fenómeno anterior podemos definir al vapor como el cambio de estado físico, que sufre el agua al someterla a un aumento de la temperatura hasta llegar a la temperatura de ebullición, la evaporación es un proceso de calor a temperatura constante. Lo anterior es conocido comúnmente como evaporación del agua. Para poder generar vapor a una escala mayor, es necesario contar con un sistema que sea capaz de almacenar el agua que se ha de transformar en vapor, una fuente de calor que pueda elevar su temperatura hasta su punto de evaporación, una superficie metálica que pueda transferir el calor al agua y una zona destinada al almacenamiento del vapor generado; todo al mismo tiempo, de tal forma que se den las condiciones similares al caso del recipiente con agua que fue descrito. A estos sistemas se les conoce con el nombre de Generadores de Vapor , conocidos comúnmente con el nombre de Calderas, los cuales podemos definir de la siguiente forma: Se entiende por Generador de Vapor a aquella máquina que transforma el Agua en Vapor aprovechando el calor generado por la combustión de un combustible, a través de un intercambio de energía (la temperatura no se intercambia, es el resultado de un estado de energía), teniendo como característica principal ser un recipiente cerrado sujeto a una presión mayor que la atmosférica . GENERACIÓN DE VAPOR Concepto de Generador de Vapor
1
TIPOS DE GENERADORES DE VAPOR
Generadores de Vapor Acuotubulares (Generadores de Tubos de Agua)
Los Generadores comprendidos en este grupo tienen la circulación del Agua en el interior de una serie de tubos, mientras que la circulación del calor utilizado para calentar los tubos se realiza por la parte externa alrededor de los tubos. De esta forma, el agua contenida dentro de los tubos comienza a elevar su temperatura hasta el punto de evaporarse. cae dentro de este tipo de Generadores (Tubos de Agua). Sus características, funcionamiento y cualidades son el tema de interés del presente manual y se desarrollarán posteriormente. Nuestro Generador de Vapor Clayton
Generador de Vapor CLAYTON, MONOTUBULAR Tubos de Agua
2
Generadores de Vapor Pirotubulares (Generadores de Tubos de Humo)
En forma totalmente opuesta, este tipo de generadores realizan la circulación del calor y los gases de combustión por el interior de los tubos, mientras que el agua se tiene almacenada en el exterior de los tubos. Así, el calor que se tiene en la parte interna de los tubos se transfiere al agua almacenada para poder calentarse hasta el punto de evaporación. Ambos tipos de generadores, como se mencionó anteriormente, tienen como características principales en el vapor, una presión y una temperatura mayor que la atmosférica .
CALDERA CONVENCIONAL DE TUBOS DE FUEGO COMPARADA CON UN GENERADOR DE VAPOR CLAYTON
3
UTILIZACIÓN DEL VAPOR
El vapor es utilizado en miles de industrias, sin él no sería posible generar la energía eléctrica que consumimos, ni tampoco la preparación de medicamentos y productos alimenticios y de uso común, pero cabe hacerse la siguiente pregunta ¿por qué es tan extenso su uso en la actualidad?, y otra ¿por qué no utilizar otro medio de energía?, la respuesta es sencilla:
Se utiliza vapor simplemente porque existen tres necesidades fundamentales a la vez:
- Existe una necesidad de calor en el mismo proceso y el vapor es la forma más económica de realizarlo.
- El vapor puede controlarse cómoda y fácilmente por su naturaleza de circulación, debido a que este pasa de una zona de alta presión a una de menor presión sin necesidad de otro elemento.
- El vapor es fácil de producir ya que se obtiene del Agua y además puede ser reutilizable.
Debido a estas cualidades, se pueden encontrar cinco aplicaciones generales del vapor a nivel Industrial, las cuales se muestran en la Tabla No. 1. Cada una de estas aplicaciones tiene un elemento final de consumo de vapor para poder utilizarlo en los procesos, siendo los más utilizados: Serpentines, Marmitas, Autoclaves, Intercambiadores de Calor, Boquillas de Inyección, etc.
APLICACIÓN
EJEMPLOS
Se puede utilizar vapor para calentar agua, soluciones químicas, aceites, etc.
Calentamiento
Se utiliza para cocer alimentos, en general, tales como: jaiba, pastas, embutidos, etc.
Cocción
Utilizado para evaporar soluciones químicas, esterilizado de material quirúrgico, etc.
Evaporación
Utilizado para secar telas y tintas, así como para calefacción en aire acondicionado y procesos de humidificación.
Secado
Procesos
de
Utilizado para el curado de concreto y modelado de Asientos para vehículos.
Conformado
Como el utilizado para mover turbinas en CFE y barcos en sectores navales.
Movimiento
Aplicaciones Generales del Vapor
4
Analicemos la tercera característica del vapor. Después de utilizar vapor en el proceso éste pierde calor y se vuelve a transformar en agua a una alta temperatura, la cual se llama condensada, esta agua puede ser reutilizada para volverla a transformar en vapor, lo cual dependerá directamente del Sistema de Vapor al que se aplique .
Sistemas de Vapor
Cada una de las aplicaciones comentadas anteriormente sólo son posibles de obtener al contar con todo un Sistema de Vapor que además de tener el Generador de Vapor tienen un tanque de almacenamiento del agua utilizado (conocido como Tanque de Condensados) y un elemento final de consumo de vapor. Se distinguen dos sistemas de vapor utilizados a nivel industrial, estos sistemas se describen a continuación
Sistema de Vapor con Retorno de Condensados con Tanque Horizontal
En estos sistemas, el agua almacenada en el tanque entra al Generador en donde se transforma en vapor, éste llega hasta el elemento final de consumo de vapor, el cual, puede ser un Intercambiador de Calor, un Serpentín, una Marmita o una Autoclave, es ahí donde el vapor entra a este elemento y no tiene contacto directo con el proceso aplicado, de tal forma que no se presenta ninguna mezcla del vapor con el proceso y el condensado obtenido puede ser recirculado al tanque sin ningún problema. Este condensado se regresa en forma automática con la ayuda de una válvula automática llamada Trampa de Vapor.
VAPOR
VENTEO
VAPOR
AGUA SUAVIZADA
RETORNO DE CONDENSADOS
ALIMENTACION DE AGUA
AGUA DURA
DOSIFICADOR DE PRODUCTOS QUIMICOS
PURGA AUTOMATICA
PURGA DEL GENERADOR
SUAVIZADOR DE AGUA
Sistema de Vapor con Retorno de Condensado
5
Sistema de Vapor sin Retorno de Condensado
En estos sistemas, el agua almacenada entra al Generador para transformarse en vapor y de ahí se aplica, por medio de boquillas de aspersión o válvulas de paso controladas por reguladores de presión o temperatura, a un proceso en donde hay una mezcla total con éste. El vapor ya condensado no puede ser reutilizado, por lo que se deshecha al drenaje.
Sistema de Vapor sin Retorno de Condensado
Conociendo ya los tipos de sistemas de vapor y sus aplicaciones principales es fácil deducir que se requiere de una amplia gama de Modelos con diferentes capacidades para poder cumplir desde una aplicación sencilla hasta la más complicada. Enfoquémonos a describir los modelos y capacidades obtenidas de los Generadores de Vapor Clayton, así mismo el tipo de combustible y su particularidad en la modulación de la capacidad de cada uno de ellos.
6
Capacidad de un Generador de Vapor Clayton
Un Generador de Vapor Clayton, al igual que cualquier otro tipo de generador, debe medir su capacidad bajo un estándar, para poder ser comparado con uno similar y de ahí obtener las diferencias en términos de diseño y funcionalidad. El estándar internacional para medir la capacidad de un Generador de Vapor es el Caballo Caldera , el cual se define de la siguiente forma: Un Caballo Caldera es la evaporación equivalente de 15.65 kg/h. (Kilogramos/hora), de vapor que tiene una temperatura de 100°C a presión atmosférica y que es alimentado con agua a una temperatura de 100°C. Esta generación equivalente de vapor indica, que por cada caballo caldera se generan 15.65 kg/h de vapor a presión atmosférica. Otra definición del Caballo Caldera nos dice que Cuando aprovechamos el calor latente de estos 15.65 Kg/h de vapor es posible obtener 8,435.7 Kcal/h ( Kilocalorías/hora ) de calor aprovechable del vapor a un proceso. Por tanto el equivalente de energía disponible por Caballo Caldera es 8,435.7 Kcal/h . De lo anterior se puede expresar la capacidad de un Generador de Vapor en Caballos Caldera por medio de su equivalencia en Kg/h, o en Kcal/h. Así, un Generador de Vapor que tenga una capacidad de 100 Caballos Caldera, será capaz de Generar 1565 Kg/h de Vapor equivalentes, o suministrar 843570 Kcal/h.
Descripción del Modelo de un Generador Clayton
Todos los Generadores Clayton cuentan con un modelo que los identifica en: Tipo de Combustible utilizado, Capacidad, presión de trabajo y ventajas en términos de economía y eficiencia. Veamos unos ejemplos:
Un Generador cuyo modelo es:
EG60-1
E .- Significa que es una máquina Eficiente y Económica en consumo de combustible.
G .- Utiliza Combustible Gas.
60 .- Capacidad del Generador expresado en Caballos Caldera.
-1 .- Presión de operación 7 kg/cm 2 (100 lb/plug 2 )
7
Un Generador cuyo modelo es:
EO200-2.
E .- Significa que es una máquina Eficiente y Económica en consumo de combustible.
O .- Utiliza Combustible Diésel.
200 .- Capacidad de 200 Caballos Caldera.
-2 .- Presión de operación 14 Kg/cm 2 (200 lb/plug 2 )
Un Generador cuyo modelo es:
EOG100-3.
A diferencia de los modelos anteriores este Generador puede trabajar con combustible Diésel o con combustible Gas, lo único que hay que hacer es seleccionar el tipo de combustible en el tablero de control y montar el Quemador y sus componentes necesarios para funcionar con el combustible seleccionado. Genera 100 Caballos Caldera.
-3 .- Presión de operación 21 Kg/cm 2 (300 lb/pulg 2 )
Un Generador cuyo modelo es: SF100S-1
Es un modelo de nueva generación que trabaja a 2 fuegos, modula al 50% y 100% de su capacidad. La S significa que este equipo únicamente puede modular a las cargas mencionadas arriba.
Un Generador cuyo modelo es: SF150M-3
Es un modelo de nueva generación que modula su carga 5:1, esto quiere decir que el equipo modulara desde un 20% hasta el 100% de su capacidad. La M significa que este equipo únicamente puede modular a las cargas mencionadas arriba.
Siglas adicionales al modelo indican características en particular, tales como:
Modelo SEOG254-1.
(S) Significa que el Generador cuenta con una economizadora Adicional a la unidad de calentamiento normal y el dígito (4) significa fabricación americana con control computarizado para modular la capacidad. La capacidad nominal en Caballos Caldera, será el número entero resultante de restar las 4 unidades. Así SEOG-254 generará 250 C.C. y tendrá una sección economizadora adicional. sección
Modelo
EG254-LNB . (LNB) Significa que el Generador
cuenta con un
Quemador de Bajo NOx (Óxidos de Nitrógeno).
8
En la Tabla No. 2 se describen los modelos de Generadores que se fabrican, nacionales y americanos, que se encuentran en las diferentes instalaciones de Vapor; mencionando también sus características para modular su capacidad de Generación de Vapor.
Modulación de la capacidad del Generador
U n Generador de 10 a 20 Caballos entrega desde el arranque su máxima descarga de vapor hacia el proceso, por lo que no es posible modular su capacidad. En generadores de 30 hasta 185 Caballos Caldera serie E, sí es posible modificar su capacidad de descarga de vapor variando los porcentajes de suministro de Agua, Aire y Combustible, pudiendo entregar un 50% de capacidad o bien, un 100% de capacidad. Por lo anterior, se adoptó el nombre de Operación a Fuego Bajo cuando el generador trabaja a un 50% de capacidad, y cuando trabaja a un 100% de capacidad se le l lama Operación a Fuego Alto . A diferencia, de los generadores modulantes cuentan con un sistema de modulación más completo para poder variar la capacidad, lo anterior es controlado por un interruptor automático. La forma en que se lleva a cabo el control de estas variables se describirá en los capítulos posteriores.
CAPACIDAD NOMINAL
COMBUSTIBLE G-GAS / O-DIESEL
MODULACION DE LA CAPACIDAD
MODELO
BHP (CC)
Kg/h
E10 E15 E20 E30 E40 E60
G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O G/O
10 15 20 30 40 60
156.5 234.5 313.0 469.5 626.0 939.0
100% capacidad 100% capacidad 100% capacidad
50% F.B. capacidad 100% F.A. 50% F.B. capacidad 100% F.A. 50% F.B. capacidad 100% F.A. 50% F.B. capacidad 100% F.A. 50% F.B. capacidad 100% F.A. 50% F.B. capacidad 100% F.A. 50% F.B. capacidad 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A Desde 20% F.B. hasta 100% F.A Desde 20% F.B. hasta 100% F.A Desde 20% F.B. hasta 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A. Desde 20% F.B. hasta 100% F.A.
E100/SF100S E150/SF150S E185
100 150 185 200 100 150 200
1565.0 2347.5 2895.5 3130.0 1565.0 2347.5 3130.0 3130.0 3912.5 4695.0 5477.5 6260.0 7825.0 9390.0 11737.5 15650.0
SF200S SF100M SF150M SF200M
E204/SE204/E204LNB E254/SE254/E254LNB E304/SE304/E304LNB E354/SE354/E354LNB E404/SE404/E404LNB E504/SE504/E504LNB E604/ /E604LNB E754/ /E754LNB E1004
200 250 300 350 400 500 600 750 1000
Generadores de Fabricación Americana F.B: Fuego Bajo. F.A: Fuego Alto.
Tabla por Modelo de Generadores de Vapor Clayton
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Componentes Básicos de los Generadores Clayton
Todos los modelos cuentan con 5 partes básicas:
1.- Unidad de Calentamiento (Serpentín) 2.- Separador de Vapor 3.- Bomba de Agua 4.- Conjunto Ventilador-Quemador 5.- Cámara de Combustión
Sus características principales se describirán en la sección II .
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Sección II Componentes Básicos del Generador
Unidad de Calentamiento (Serpentín)
La función principal de la Unidad de Calentamiento es la de permitir que circule un flujo de agua de forma controlada en su interior, misma que se transformará en vapor. Además de ser la superficie de calefacción para este propósito. Se podría decir que esta unidad es el alma del generador de vapor.
La unidad de calentamiento consiste de un tubo continuo (principio monotubular) de acero al carbón, rolado en forma de espiral, que se ensambla en dos partes fundamentales; cada una de ellas con diámetros calibrados de menor a mayor incrementando así su diámetro interior, a fin de permitir la expansión del agua conforme se convierte en vapor. se construye con tubos rolados en frio y con una separación específica. Esta separación dependerá del número de “ pancake ” que se esté rolando en ese momento, ya que esta puede variar de acuerdo a la posición del mismo dentro de la unidad de calentamiento. El ensamble de las espirales que conforman la sección Generadora, se dispone de forma tal, que la separación entre cada vuelta de tubo quedan alternadas con respecto a la siguiente (traslapadas). Está disposición cambiará y dirigirá la trayectoria de los gases de combustión, provocando que La sección superior
Espacio entre Pancakes
Ensamble de la Sección Generadora
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estos asciendan serpenteando a lo largo y ancho de la unidad, con el fin de incrementar considerablemente su capacidad de transferencia de calor. En el centro y entre cada par de espirales, se coloca cemento refractario (bafle), para evitar la fuga de calor por esta área. Además de ayudar a dirigir el calor por los espacios de entre cada una de las espirales. La sección inferior de la unidad, consiste en un tubo rolado en forma helicoidal sin separaciones entre cada vuelta de tubo. Está sección también llamada “Pared de Agua”, formará el espacio necesario que conformara la cámara de combustión, que es el lugar en donde se alojara la flama del quemador. Alrededor de esta pared de tubo se monta una cubierta metálica de acero (banda térmica), que impide fugas de calor.
Corte Seccional de la Unidad de Calentamiento
Una vez completando el proceso de ensamble de las dos secciones, la Unidad de Calentamiento se somete a una prueba exhaustiva, que consiste en generarle una carga hidrostática al interior de la misma, para garantizar su hermeticidad. Además del tratamiento térmico que elimina los esfuerzos residuales ocasionados por el proceso de rolado en frío de los tubos y los diferente cambios de temperatura propios del procesos de soldadura. Este
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tratamiento térmico ayudará a que todo el conjunto adquiera las mismas propiedades mecánicas, principalmente elasticidad y pueda soportar los continuos ciclos de temperatura a los que se expone el metal de la unidad de calentamiento. Finalizado este tratamiento, se colocará la unidad de calentamiento en el interior de una coraza protectora de acero, que servirá para impedir fugas de calor. Posteriormente será aislado térmicamente con un material aislante especial, con el fin de impedir pérdidas de calor por radiación. Además de mantener fría en todo momento la superficie de la cubierta exterior del equipo.
Accesorios de la Unidad de Calentamiento
a) Tapa Interior.-
Esta tapa, está aislada con material refractario y se coloca en la parte superior de la unidad de calentamiento, sirve para conducir los gases de combustión hacia la chimenea. Sin que la cubierta superior (exterior) cambie su apariencia física por la exposición a las altas temperaturas de los gases. de presentación de la unidad y l leva montado un adaptador para colocar la chimenea. Es la cubierta metálica Economizadora. - se construye de manera similar a la sección de la unidad de calentamiento. Esta sección aumenta la eficiencia térmica por unidad de 3% a 4%. Aplicable para los modelos E30 hasta el modelo E185, así como los modelos Sigma Fire. Su montaje se realiza en la parte superior de la unidad de calentamiento.
Tapa Exterior
Tapa Interior
b) Cubierta Superior.-
c) Sección
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d) Dispositivo de Seguridad por falta de agua (WFTC).- Para evitar un exceso de calentamiento originado por una falta de agua en la unidad, esta cuenta con un dispositivo de seguridad electrónico que desconecta eléctricamente el control de flama, apagando el quemador ya que al detectar un incremento de temperatura en la unidad de calentamiento a través de un termopar tipo J. Existe una condición insegura de operación.
Separador de Vapor
La función principal del Separador de Vapor es la de separar el agua de sobre flujo (20 %) de forma mecánica mediante una Boquilla separadora que, consiste en una hélice fija. Que al chocar la emulsión de agua vapor contra la hélice se origina un movimiento centrífugo (giro) mediante el cual, las partículas de agua del sobre flujo, al ser más pesadas que el vapor se separan y chocan contra la pared interna del domo del separador precipitándose por gravedad al fondo del mismo. El agua separada se desaloja mediante una Trampa de Vapor de Cubeta Invertida y se regresa al tanque de condensados para repetir el proceso.
Separador de Vapor
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Figura 6. Accesorios Típicos de un Separador de Vapor
1.- Manómetro 2.- Termómetro
5.- Manómetro de la Trampa de Vapor
6.- Trampa de Vapor
3.- Válvula del inspector
7.- Válvula de Purga del Separador
4.- Válvula de Seguridad
*Soló Unidades a Diésel. ** Generadores Mayores a 60 CC. *** Suministrada por el Cliente (soló para sistemas integrales de Vapor)
Un termómetro montado en el domo del Separador indica la temperatura de Vapor. Bajo condiciones normales de operación la temperatura indicada deberá de estar cerca de la temperatura de saturación de vapor. (170°C de la tabla Presión-Temperatura).
Trampa de Vapor .
La trampa de vapor retorna el agua de sobre flujo del Separador hacia el tanque de Condensados. Ciclos de trampeo proporcionales en tiempo de apertura y cierre son necesario para asegurar que un volumen suficiente de agua de alimentación (sobre flujo) este circulando por la unidad de Calentamiento para generar un arrastre y poder controlar los sólidos disueltos mediante una válvula de purga automática o TDS (control de solidos disueltos totales) y mantener una concentración de entre 3000 y 6000
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ppm en el tanque de Condensados aun y cuando este parámetro nos permite un máximo de 8500 ppm.
Los trampeo depende de las condiciones de operación: La presión del vapor, la temperatura del agua de alimentación, las condiciones de la bomba de agua y el porcentaje de fuego al que se encuentre trabajando el equipo en ese momento. (Fuego bajo o Fuego alto). Un manómetro indica cuando la trampa está abierta o cerrada. El aumento de presión en el manómetro indica que la trampa está descargando (abierta) Cuando la presión disminuye indica que la trampa está cerrada. Si la Trampa de Vapor no está abriendo y cerrando en lapsos de tiempo proporcionales , esto podría ser indicio de que han cambiado alguna de las variables antes mencionadas. En el arranque inicial del generador de vapor y después de establecer la cantidad de aire y combustible correctos, se deberá registrar la temperatura de operación y la duración de los ciclos de trampeo. Estos datos nos servirán de referencia y deberán revisarse regularmente para asegurar condiciones de operación normal en el equipo. ciclos de
Trampa de Vapor Abierta El manómetro indica 0
Trampa de Vapor Cerrada el manómetro Registra presión
Si el Generador de Vapor se instala con un sistema abierto (Tanque de Condensado) en donde la temperatura del agua de alimentación es de 85 a 92 ° C , la Trampa de Vapor deberá estar abierta aproximadamente de treinta a cuarenta (30 a 40) segundos (acumulados) de cada minuto en operación a fuego alto (100% de capacidad), operando a fuego bajo (50% de capacidad), la Trampa de Vapor deberá permanecer abierta 20 a 30
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segundos, “Este tiempo aplica para sistemas modulantes al 20% de rate, debe ser de 15 a 20” segundos (acumulados ) de cada minuto, o un lapso proporcional para cualquier porcentaje intermedio de fuego.
TABLA PRESIÓN – TEMPERATURA
PRESIÓN MANOMÉTRICA TEMPERATURA
PRESIÓN MANOMÉTRICA TEMPERATURA
PRESIÓN MANOMÉTRICA TEMPERATURA
PSIG Kg/cm2 °F °C PSIG Kg/cm2 °F °C PSIG Kg/cm2 °F °C
5 0.35 228 109 10 0.7 240 115 15 1.05 250 121 60 4.22 308 153 65 4.57 312 156 70 4.92 316 158 80 5.62 324 162 90 6.37 331 167 100 7.03 338 170 110 7.73 344 173 120 8.45 350 177 130 9.14 356 180 140 9.84 361 183 150 10.55 366 185 160 11.25 370 187
170 11.95 375 190 180 12.45 380 193 190 13.36 384 195 200 14.06 388 197 210 14.76 392 200 220 15.46 396 202 230 16.16 399 204 240 16.87 403 206 250 17.57 406 208 260 18.27 409 209 270 18.98 413 212 280 19.68 416 213 290 20.38 419 215 300 21.09 422 217 310 21.79 425 218
320 22.49 428 220 330 23.19 431 222 340 23.9 433 223 350 24.6 436 224 360 25.3 438 226 370 26.01 441 227 380 26.71 443 228 390 27.41 445 229 400 28.12 448 231 410 28.82 450 234 420 29.52 453 236 440 30.93 457 237 460 32.33 462 239 480 33.74 466 241 500 35.15 470 243
Tabla Presión-Temperatura del Vapor de Agua
Revisando y registrando la operación de la Trampa de Vapor bajo condiciones normales de operación, es fácil determinar si algún componente, no estuviera funcionando adecuadamente comparando el cambio en el tiempo en que la trampa permanece abierta. Y este no deberá ser menos de 20 minutos de cada hora a fuego alto o 15 minutos de cada hora a fuego bajo (acumulado) bajo ninguna circunstancia.
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Bomba de Agua
La bomba de agua es un diseño de manufactura especialmente desarrollado para proveer un volumen fijo a través de la unidad de calentamiento, con un flujo agua controlada y con esto garantizar que la unidad de calentamiento tenga un caudal adecuado, bajo las condiciones de carga y presión requeridas en todo momento.
Bomba de Agua E185/SF200
Bomba de Agua E60-150 SF100-150
Bomba de Agua E10/15/20
Bomba de Agua E40
Está trabaja mediante un motor eléctrico acoplado por un sistema de bandas y poleas y está dividida en dos secciones que alimentan a la unidad de calentamiento de acuerdo a la demanda de vapor (excepto los modelos E-10, 15, 20). Ya que estos modelos mantienen siempre el flujo total de alimentación porque solo trabajan a un solo fuego al 100 % fuego alto. En los generadores de vapor E30, E40 la bomba es similar a los modelos e10 al E20, a partir de estos modelos operan a media capacidad (Fuego Bajo), el agua se deriva a través de una válvula solenoide instalada en uno de los cabezales de la bomba ya que esta se abre derivando el 50% del flujo de agua para trabajar a fuego bajo. Cuando el generador trabaja a toda su capacidad (Fuego Alto), el solenoide se cierra y la bomba de agua opera con sus dos secciones para mantener el 100% del volumen de agua para mantener la operación del generador a plena carga. En el modelo E30 realiza su modulación fuego bajo – fuego alto mediante un motor de dos velocidades un arreglo eléctrico que permite que la bomba de agua pueda variar su velocidad. Los bombas de agua de los modelos E10,15,20,30 y 40 son de transmisión seca a través de un balero que impulsa la biela hacia el diafragma, en los modelos E60,100,150, 185, SF100,150 y 200 la bomba es hidráulica usando aceite MOBIL DTE OIL EXTRA HEAVY.
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Bomba de Agua usada en los modelos E10 hasta E20
- 1 Arillo reten
- 11
Empaque
- 22 Rondana del diafragma
- 2 Asiento de la válvula check
- 12
Empaque o´ring
- 23 Rondana espaciadora (laina)
- 3 Biela
- 13
Espaciador del diafragma
- 24 Tapón macho
- 4 Birlo
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Placa de identificación
- 25 Tapón válvula check
- 5 Cabezal inferior
- 15
Placa reten
- 26 Tornillo
- 6 Cabezal válvula check
- 16
Remache
- 27 Tornillo
- 7 Carter de la bomba
- 17
Resorte de admisión
- 28 Columna de agua
- 8 Cigüeñal
- 18
Resorte de descarga
- 29 Tuerca hexagonal
- 9 Diafragma
- 19
Rondana de presión
- 30 Balero
- 10 Disco de la valvula check
- 20
Rondana de presión
- 31 Balero
- 21
Rondana del diafragma
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Bomba de Agua usada en los modelos E60 hasta el modelo E704
- 1 Asiento de rulón de la válvula
- 13
Diafragma de la bomba
- 27 Rondana del diafragma
- 2 Balero
- 14
Disco de la válvula check
- 28
Sello p/aceite 2.00”
- 3 Biela
- 15
Junta de aluminio (0.005”)
- 29 Soporte para guarda-bandas
- 4 Birlo
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Junta de aluminio (0.010”)
- 30 Tapa rodamiento
- 5 Birlo de cold rolled
- 17
Junta de aluminio (0.015”)
- 31 Tapa rodamiento posterior
- 6 Cabeza de la bomba
- 18
Junta de cobre
- 32 Tapon macho
- 7 Carter de la bomba
- 19
Junta de cobre
- 33 Tapon macho
- 8 Cigüeñal
- 20
Junta de cobre
- 34 Tapon valvula check
- 9 Codo niple
- 21
Junta de cobre
- 35 Tornillo
- 10 Columna de agua ensamblada
- 22
Resorte válvula de descarga
- 36 Tornillo
- 11 Cuerpo de la válvula check
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Resorte de admisión
- 37 Tuerca hexagonal
- 12 Cuerpo de la válvula check
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Resorte retorno del diafragma
- 38 Tuerca hexagonal
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A continuación veremos la forma en que opera la bomba de agua (Generadores de vapor mayores de 60 Caballos Caldera).
Para facilitar su comprensión la dividiremos en tres partes.
Alimentación de Agua
a) ADMISIÓN Y DESCARGA DE AGUA . El agua entra al sistema de bombeo por la válvula de admisión y desaloja por la válvula de descarga, localizadas ambas en el cabezal de la bomba. Estas válvulas se abren y cierran por la acción de la carga hidrostática del agua. Debido a la expansión y contracción del diafragma. Provocado por la presión de aceite generada por los pistones en el interior de la bomba, el agua es impulsada por dicho diafragma hacia la columna haciendo presión contra la válvula de descarga del cabezal, que abre para permitir que salga ésta, cerrando al mismo tiempo la válvula de admisión. de desplazamiento positivo y en su diseño está considerado un 20 % de sobre flujo. La bomba es reciprocante
Hook Up bomba E10
Salida al Generador de Vapor
Hook Up bomba E185
Salida al Generador de Vapor
Alimentación de Agua
b) OPERACIÓN DEL MECANISMO INTERNO DE LA BOMBA . La bomba de agua es acoplada a un motor eléctrico, el cual hace girar el cigüeñal y este a su vez transmite el movimiento al conjunto biela pistón. En equipos E10 al E40 la biela se mueve de forma de embolo, permitiendo que el diafragma se estire y regrese a su posición para bombear al agua a través del tubo de nivel hacia el (los) cabezal(es) superiores.
Cigüeñal
Diafragma
Biela
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Para los modelos E60 al E185, SF100 al SF200, los pistones suben y bajan alternadamente dentro de sus respectivos cilindros comprimiendo y descomprimiendo el volumen de aceite que se encuentra dentro de los mismos. Este movimiento se repite en el otro cabezal solo que de forma alterna. Obteniendo así, un bombeo pulsante pero uniforme y un flujo de agua continuo a una carga controlada de 20.06 lts de agua por caballo caldera, incluyendo el sobre flujo para generar un arrastre en el interior de la unidad y de esta forma poder controlar la concentración de sólidos disueltos totales, evitando así el azolve (acumulación de lodos) en la unidad de calentamiento.
Cigüeñal
Biela
Diafragma
c) Cuando el Generador trabaja a Fuego Bajo, la bomba de agua opera a media capacidad, es decir, sólo una sección de la bomba envía agua a la unidad de calentamiento. CONTROL DE OPERACIÓN A PLENA O MEDIA CARGA
Esto se logra mediante una solenoide que deriva el agua entre los cabezales, permitiendo que el flujo de uno de estos solo recircule entre sí.
Este elemento está incorporado directamente al cabezal de admisión y descarga de uno de los cabezales de la bomba, misma que cuando el generador opera a Fuego Bajo, la solenoide se energiza abre y deriva el 50% de agua que debería entrar al sistema (unidad de calentamiento) cuando la solenoide se des energiza y cierra tiene ahora un efecto contrario sumando este flujo al sistema y la bomba suministra todo su caudal (100 %) a la unidad de calentamiento para que trabaje a plena carga (fuego alto).
NOTA: El aceite siempre ejerce una presión sobre los diafragmas, trabajando así las dos secciones de la bomba a toda su capacidad y solo se deriva el 50 % del flujo de agua en uno de los cabezales.
Aceite Recomendado para la bomba de agua. Chevron Machine Oil AW-150 (Standard Oil of California).......... 735 SUS@100°F Shell Tellus Oil 150 (Shell Oil Company) ....................................... 802 SUS@100°F Texaco Rando Oil HD-150 (Texaco, Inc.) ..................................... 751 SUS@100°F Exxon Teresstic Oil 150 (Exxon Oil Co.) ......................................... 840 SUS@100°F
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