Controles de nivelmodulantes

para calderasde vapor

2

Válvula de purga de fondo

Originalmente, el nivel de agua en una caldera devapor era controlado por la persona que atendía lacaldera, regulando manualmente la válvula deentrada de agua de alimentación mientras mirabael nivel de agua en un visor de vidrio.

La cantidad de accidentes fatales ocasionadospor las explosiones de las calderas debido a bajosniveles de agua fueron la mayor razón paraestablecer normas requiriendo la colocación decontroles de nivel y alarmas automáticas.

Este folleto se concentra en controles automáticosde nivel . Está disponible otra literatura que muestrael rango de alarmas de alto y bajo nivel de agua dela caldera.

El control del nivel de aguay las calderas on - off

A medida que ha ido progresando el diseñode las calderas para vapor, el volúmen de agua yla superficie de evaporación han decrecido.El resultado es alta eficiencia, bajo precio delconjunto y buen funcionamiento siempre que seacontrolado suavemente.

Spirax Sarco puede suministrar controles de nivelon-off, detallados en otra publicación, pero no siemprees el modo ideal para controlar el nivel del agua dela caldera.

En muchas instalaciones, los controles de nivel on-offpueden afectar seriamente la operación suave de lacaldera, con efectos no deseados en la presión de lamisma, el caudal de vapor y el régimen de fuego delquemador. Estos efectos son explicados con mayordetalle en la página 3.

Controles de nivel de agua decalderas de vapor

Caldera con control on - off

Nivel de vidrio

Válvula de control de agua de alimentación

Válvula de retención de alimentación de la caldera

Caudal de vapor

Nivel de vidrio

Nivel de agua más estable

Válvula de purga de fondo

Nivel del agua (sube y baja)

Varía el régimen de fuego

Caudal de vapor

Bomba de alimentación

Régimen de fuego estableEl caudal de agua dealimentación se adecúaa la demanda de vapor

Bomba de alimentación

Caldera con control modulante

Válvula de retenciónde alimentación de la caldera

Alimentación on-off

Válvula de salida de vapor

Combustible

Válvula de salida de vapor

Combustible

3

5 PM17

4 PM16

3 PM

15

2 PM

14

1 PM 13

5 PM17

4 PM16

3 PM

15

2 PM

14

1 PM 13

Controles de nivel modulantesEl nivel de agua se mantiene mediante uncontrolador proporcional regulando una válvula enla línea de agua de alimentación con funcionamientocontínuo de la bomba.

Este sistema trabaja suavemente, siendo apto paracasi todas las calderas, grandes y pequeñas;adecuando el caudal de agua a la demanda devapor.

Controles modulantesvs. on - off.

Los controles de nivel modulantes detallados en estefolleto a menudo son denominados de "elementoúnico". Las ventajas del control de nivel modulantede elemento único sobre los controles on-off hansido delineadas más arriba y se adecúan mejor arepentinos cambios de carga.

De todas formas, en calderas con cargas muyvariables y con control modulante también puedenproducirse caidas de presión. Esto se debe al bienconocido fenómeno en el que el nivel del agua enuna caldera aumenta debido al aumento en lacantidad de burbujas debajo de la superficie delagua de la caldera. Este efecto a veces se lodenomina "inflado". Así, en una caldera que operacon cargas muy variables, el incremento en el nivelde agua reduce el suministro de agua dealimentación en el momento que debería aumentarpara adecuarse al aumento en la demanda de vapor.

La solución es emplear una señal de un caudalímetrode vapor como señal de entrada al controladorde nivel para compensar automáticamente el efectode "inflado". Este sistema es llamado "control de doselementos".

Cuando la presión diferencial a través de la válvulade alimentación varía, debido tal vez a que variascalderas son servidas por un sistema dealimentación común, puede ser necesario introduciruna tercera señal de un caudalímetro de agua dealimentación (Control de tres elementos).

Spirax Sarco está dispuesto a ofrecer asesoramientoy equipos para sistemas de control de nivel de"tres elementos".

Caudal de vapor de una calderacon control de nivel modulante.

Caudal de vapor de una calderacon control de nivel on-off.

Controles de nivel on - offEl nivel de agua se mantiene conectando ydesconectando la bomba de alimentación entre dosniveles, t ípicamente con una diferencia de50 milímetros.

Con la bomba parada, el quemador estaráencendido para suministrar la carga de vapor ymantener la presión de la caldera. Cuando el nivelde agua cae al nivel de arranque de la bomba, lamisma entrega un gran caudal de agua dealimentación relativamente fria que ingresa a lacaldera, reduciendo el caudal de vapor yocasionando una caida en la presión de la caldera.Cuando la bomba se detiene, la presión y elcaudal de vapor aumentan y el quemador tendráque reducir su régimen de fuego. El control on-offde la bomba ocasiona por lo tanto ciclos en la salidade vapor. Si se registra el caudal de vapor, seobserva un diente de sierra como se muestra en elgráfico de abajo. Los picos de caudal de vaportienden a aumentar el arrastre de agua con elvapor. Los procesos de producción pueden verseafectados. El ciclado contínuo de los controles dela caldera aumenta el mantenimiento, reduce laeficiencia de la combustión y aumenta la fatigatérmica de la caldera.

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El sistema óptimo de control de nivel

Cómo funciona el sistemaEl controlador recibe desde la sonda la señal delnivel de agua. Ésta es comparada con el set pointen el controlador para producir una señal relacionadacon el error. Dependiendo de la polaridad (+ o -)de la señal de error, uno u otro de los relés delcontrolador son energizados para abrir o cerrarla válvula moduladora de agua de alimentación.

Con válvulas actuadas eléctr icamente unpotenciómetro de realimentación en el actuador dela válvula modulante indica contínuamente laposición de la válvula y el controlador continúaenergizando al actuador hasta que la posición de laválvula sea proporcional a la señal de error. De estamanera se alcanza un control de nivel proporcional.En la práctica, la válvula se ubicará en una posiciónestable y realizará pequeños ajustes de tanto entanto para mantener el nivel de agua. Un controlinterno de la señal de nivel de agua y una "bandamuerta" evitan frecuentes movimientos de la válvula.

Controles montados internoso externos a la caldera?

El desarrollo histórico de los controles de niveldeterminaron que los operados por f lotadormontados en cámaras exteriores a la caldera seconvirtieran en standard. También, ha sido usualcolocar en la cámara una válvula de purga paralimpieza y poder probar las alarmas. De todasmaneras, con el advenimiento de las alarmas denivel auto controladas hay un fuerte argumento paramontar ambos, controles de nivel y alarmasdirectamente en la caldera para detectar el nivel deagua donde realmente interesa, es decir sobre lostubos. La sonda de nivel Spirax Sarco es adecuadapara montar en cámaras externas o directamenteen el interior de la caldera, con un tubo de protección.

Transmisor 0%

Transmisor 100%

Set point

ajustable

Válvula cerrada

Bandaproporcional

Válvula abierta

Caldera con sondasmontadas directamente en su casco

Sonda de nivel colocada en el interior de la calderaen un tubo de protección, para reducir los efectosde la turbulencia y espuma.

Alarma ajustable

de nivel alto o bajo

Alojamiento del sistema electrónico pre amplificadorde la sonda.

5

Rango deltransmisorajustable(Típicamenteel del nivel devidrio)

Posición de montaje de la sonda en la cámara lateralSpirax Sarco C2 con válvula de purga

Válvula de retención de alimentación de caldera con asientoblando especialmente diseñada para brindar cierre perfecto.

Controlador LC2200(LC2300 para valvulas

actuadas neumáticamente)

Para transmisión de señal remota de nivel (opcional)

Transmisor de nivel

Luz verde (encendido)

Luz roja

Botón de prueba

Luz verde. Indica si el nivel está sobre el set point

Luz ambar. Indica si el nivel está fuera de la banda proporcional

Ajuste del set point de la alarma

Ajuste del set point del nivel

Ajuste de la banda proporcional

Encendido

Span

Cero

Ajuste del SpanAjuste del cero

Unidaddisplaydigital

4 - 20 mA a un indicador remoto osistema de manejo de energía

Válvula modulante de alimentación de agua actuadaeléctricamente. También disponibles válvulas neumáticas.

Beneficios para el usuario• Sistema modulante que brinda un caudal de

agua estable adecuado a la demanda de vapor.

• Puede proveer información a sistemascentralizados.

• Puede emplearse como reemplazo de controles(on - off y modulantes) antiguosy desactualizados.

• Filtro de ondas de tres etapas para manteneruna señal estable.

• Alarma de fuera de rango para detectar dañosen el cableado, sensor o cableado incorrecto.

• No se necesita despresurizar la caldera parareemplazar los elementos electrónicosde la sonda.

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Componentes del sistemaSonda LP20 y

pre amplificador PA20La sonda LP20 consiste en una barra de aceroinoxidable completamente aislada del aguamediante PTFE. A medida que se eleva el nivel delagua, aumenta la capacidad entre la barra y el tubode protección o cámara del sensor puestos a tierra.Esta capacidad es medida por el pre amplificador ytransmitida al controlador en forma de una señal decorriente contínua. Los niveles de control y dealarma son elegidos en el controlador. La sonda, lacual no debe cortarse, está disponible en lassiguientes longitudes (dimensión L): 370, 470, 600,750, 900, 1050, 1200, 1350 y 1500 milímetros.Es apta para calderas de hasta 32 bar r.

ControladoresLC2200 y LC2300

Controladores de nivel proporcionalesLC2200 Para válvulas actuadas eléctricamenteLC2300 Para válvulas actuadas neumáticamenteSus características incluyen:

� Set point ajustable.

� Banda proporcional ajustable.

� Alarma de nivel alto o bajo ajustable(Solo en el LC2200).

� Múltiples tensiones de alimentación:230 V (198 - 264 V) ó115 V (99 - 121 V)50-60 Hz.

� Diseño enchufable con clip para rail DIN.

� Tiene una fuente de corriente contínua y puedeaceptar una entrada de 4 - 20 mA permitiéndoleenergizar y ser usado con un transmisor de 4 - 20 mA.de dos conductores (Por ejemplo, transmisores de:presión, presión diferencial, temperatura).

� Incluye un posicionador de válvula(Solamente el LC2200).

� Si se requiere, varios controladores puedenconectarse a una única sonda o a una fuentede 4 - 20 mA.

� Filtro de ondas de nivel de tres etapas paramantener una señal estable bajo condicionesvariables de turbulencia.

� Alarma de "fuera de rango" que brinda cierto gradode auto control por deterioro de la sonda o cableado(Solamente LC2200).

Los controladores pueden montarse en railes DINempleando el clip de montaje provisto o bien, la basedel controlador puede fijarse mediante tornillos alchasis del armario.

52

112

52

112

Peso 0,5 kgProfundidad 120 mm

145

162

L

25 mm. Longitud muerta

27 E / C½" BSP

Ø 12

52

112

Peso 0,5 kgProfundidad 120 mm

LC2300

DS1000

Peso 0,5 kgProfundidad 120 mm

LT2010

96

48

7093

8

Corte del panel 92 x 44Peso 200 g

Transmisión remotaCuando se requiera una señal independiente remotade 4 - 20 mA. que represente el nivel de agua, tambiénpuede conectarse a la sonda una unidad LT2010.El rango de transmisión puede ajustarse, porejemplo, para representar el nivel de vidrio de lacaldera. Por supuesto, también puede ajustarsecualquier rango de niveles a lo largo de la sonda.

La salida del transmisor puede emplearse paraenviar información a un sistema general o conectarsea un display remoto como el DS1000.

Dimensiones (aproximadas) en milímetros

LC2200

7

300

400

83

83

288

175

125

83

65

457

Auxiliares recomendados

Válvula de purga secuencialTipo SPV1 con cuerpo de hierro fundido, bridasBS 4504 PN16, DN25; para calderas de hasta 13 bar r.Tipo SPV3 con cuerpo de bronce, bridas BS 4504PN40, DN25 o BS 10 tabla F /H,1"; para calderas dehasta 25 bar r.

Cámara para sonda

Válvula de retención a discoTipo DCV2/B para instalar entre la válvula de controly la caldera para evitar retorno de flujo. Asegurarátambién que no ingrese agua a la caldera mientras lamisma se encuentre despresurizada. Ver folletoseparado para más detalles.

Válvulas de controlTradicionalmente, la mayoría de las grandescalderas pirotubulares se suministran con válvulasDN40. Las válvulas DN40 están disponibles conasientos de tamaños reducidos para adecuarse ala cantidad de alimentación requerida.

En forma alternativa y particularmente para calderasnuevas puede especificarse una válvula de menortamaño. Ver folletos específicos de válvulas parasus dimensiones y selección.

Los actuadores eléctr icos deben incluir unpotenciómetro de realimentación de 1000 ohms.

Los actuadores neumáticos deben incluir unelectroposicionador.

Armarios

Profundidad 150 mm

Válvula de control actuadaeléctricamente conpotenciómetro de

realimentación

Válvula de control actuadaneumáticamente con

posicionador

Profundidad 205 mm

Drenaje ½" BSP

1" BSP(Para LP20 se

requiere un bujede reducción)

Cámara de aceropara sonda conbridas BS 4504PN40, DN25.

Para presiónmáxima decaldera de32 bar r.

Armario de acero conchasis y dos railes DINpara montar dos o trescontroladores de nivelmás terminales.

Armario de plástico conrail DIN de montaje.Para un controlador.Aislación IP67

Tanque de agua de alimentación de caldera con controlmodulante y alarma de nivel bajo

ESP Issue 2SB-P402-02

Controlador LC2200

Otras aplicacionesEste folleto trata sobre controles de nivel de aguanormalmente colocados en calderas de vapor tipopirotubular. Estos controles también pueden emplearseen calderas acuotubulares y en cualquier lugar dondese requiera detectar un nivel de agua.

Los siguientes son solo algunos ejemplos de losmuchos existentes sobre empleo de controles de nivel.

Cómo especificarControlador de nivel proporcional para válvulaactuada eléctricamente con salida de alarma, filtrode ondas de tres etapas y alarma por fuera de rango.Completo, con sonda capacitiva y pre amplificador.

Opcionales: Transmisor y display remoto.

Cómo realizar un pedidoEjemplo: Sistema modulante de control de nivelSpirax Sarco compuesto por:Sonda LP20 de 600 mm de longitud.Pre amplificador PA20Controlador LC2200Opcionales: Transmisor LT2010

Display DS1000

Controlador LC2200

Válvula decontrol

Agua dereposición

Sonda LP20 yamplificador PA20

Agua de reposición

Válvula modulantepara mantener el nivelde agua dentro deesta banda

Alarma de nivel alto

Flujo a proceso

Tanque de agua de proceso con control de llenado modulantey alarma de nivel alto

La válvula modulapara mantener el nivel

de agua dentro deesta banda

Controlador LC2300

Al drenaje

Control de drenaje de un gran recipiente de procesopresurizado, con control modulante

La válvula modulapara mantener elnivel de agua dentrode esta banda

Alarma de nivel bajo

Válvula de control

Sonda LP20 yamplificador

PA20

Sonda LP20 y amplificador PA20

Válvula de controlneumática

Traducción: S. Aguirre de Cárcer

BARCELONA MADRID08980 Sant Feliu de Llobregat 28034 Madrid

Sant Josep, 130 Polígono El Pla Ronda Caballero de la Mancha, 67Tel. 93 685 79 29 Fax 93 685 70 11 Tel. 91 736 4780 Fax 91 736 4788e-mail: SpiraxSarco@es.SpiraxSarco.com e-mail: DelegacionMadrid@es.SpiraxSarco.com

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