Niveles de Agua en Calderas de Vapor
El nivel de agua en una caldera de vapor debe controlarse cuidadosamente, para asegurar que se produzca vapor de buena calidad de manera segura, eficiente y a la presión correcta.
Niveles de Agua en Calderas de Vapor
Niveles de Agua en Calderas de Vapor
La tarea de cualquier caldera de vapor es proporcionar la cantidad correcta de vapor de alta calidad: de manera segura, eficiente, y a la presión correcta. El vapor se genera por el calor de la combustión de combustible en un horno, o por calor residual de un proceso. El calor se transfiere al agua en la carcasa de la caldera, que luego se evapora para producir vapor bajo presión. Se requiere una cierta área de superficie de agua en una caldera desde la cual liberar el vapor. También se debe permitir una cierta altura por encima del nivel de trabajo normal, para permitir que el nivel de agua suba con la carga creciente, pero aún permitiendo suficiente área para liberar el vapor sin que ocurra arrastre de agua. En calderas de carcasa horizontales, el nivel de agua sube con el aumento de carga (debido a la presencia de más vapor por debajo del nivel de agua en la caldera). A medida que esto ocurre, el área de superficie de agua (área de liberación de vapor) disminuirá porque, a medida que el nivel de agua está por encima de la línea central de la caldera, los lados de la carcasa contenedora convergen. El fabricante de la caldera habrá diseñado la caldera para asegurar que el área del nivel de agua normal (NWL) sea tal que el vapor se liberará a una velocidad aceptable. El diseño también permitirá una altura mínima específica de la toma de vapor por encima del NWL. Claramente, a medida que se genera vapor, el agua en la caldera se evapora, y la caldera debe recibir un suministro de agua para mantener el nivel. Debido a los factores descritos anteriormente, el agua debe mantenerse en el nivel correcto. La seguridad también es de importancia primordial. Si la caldera opera con agua insuficiente, podría ocurrir daño severo y existe en última instancia el riesgo de explosión. Por esta razón, se requieren controles que:
- Monitoreen y controlen el nivel de agua.
- Detecten si se alcanza un punto de nivel bajo de agua, y tomen la acción apropiada.
Esta acción puede incluir:
Sonar una alarma, cerrar el suministro de agua de alimentación y apagar el(los) quemador(es).
También es esencial proporcionar una indicación externa del nivel de agua.
Las siguientes secciones dentro de este Módulo proporcionan información básica sobre los controles de nivel automático y alarmas tal como se aplican a calderas de carcasa y tubos. Esta información es también generalmente aplicable al tambor de vapor de calderas de tubos de agua.
Para propósitos de continuidad, gran parte de la información en este Módulo se basa en la legislación del Reino Unido. Otras regulaciones nacionales deben consultarse donde sea relevante.
Indicación de nivel de agua y niveles de agua de la caldera
La indicación de nivel de agua se aplica a calderas de vapor donde el nivel de agua puede detectarse. Incluye la mayoría de las calderas de vapor, la excepción siendo aquellas del tipo ‘un solo pase’ o serpentín, donde no hay tambor de vapor. En tales casos, las temperaturas de salida de vapor que exceden un valor preestablecido se toman para indicar entrada insuficiente de agua.
En la mayoría de los casos, el simple indicador de nivel en el tambor de vapor/agua o carcasa de la caldera se usa como indicador. Muchas normas estipulan la provisión de dos indicadores de nivel. Las disposiciones generalmente se requieren para prevenir que una rotura cause un peligro al operador. La forma más común de protección es una pantalla de vidrio templado en el frente y los lados del indicador de nivel de agua.
Se puede requerir un indicador de nivel de agua construido con vidrio plano o prismático para calderas de alta presión.
El dispositivo de indicador de nivel, que ha pasado la prueba del tiempo, se usa en la gran mayoría de las calderas y generalmente se dispone para dar un rango visible de nivel de agua por encima y por debajo del nivel normal de agua.
Es esencial entender lo que se ve en el indicador de nivel de una caldera. La siguiente sección explica algunos de los factores que influirán en el nivel de agua indicado en el indicador de nivel.
No es posible definir el nivel exacto de agua en una caldera que está vaporizando, porque la superficie del agua está compuesta por una masa de burbujas con una fuerte circulación horizontal. Hay por lo tanto, variaciones de nivel tanto a lo ancho como a lo largo de la carcasa de la caldera. Inversamente, el indicador de nivel contiene agua que:
- No está sujeta a corriente y agitación.
- No contiene burbujas de vapor.
- Está más fría que el agua en la caldera.
Esto significa que el agua en el indicador de nivel (y otros accesorios externos) es más densa que el agua dentro de la carcasa de la caldera. Esto, a su vez, significa que el indicador de nivel mostrará un nivel más bajo que el nivel promedio de la superficie del agua en la carcasa de la caldera.
La diferencia entre el nivel en el indicador de nivel y el nivel en la carcasa de la caldera a altas tasas de vaporización, depende de factores tales como: - La capacidad nominal de generación de vapor de la caldera.
- La altura de la conexión de agua del indicador de nivel a la caldera.
- El TDS y análisis químico del agua de caldera.
- El tamaño de la carcasa de la caldera. Cambios de nivel debidos a la circulación de la caldera
Con una caldera en alta carga, la fuerte circulación del agua de la caldera causará que el nivel de agua varíe a lo largo de la longitud de la caldera. Estas corrientes de circulación normalmente se consideran ascendentes a lo largo del frente y la parte trasera de la caldera, y ascendentes a lo largo de la línea central sobre el horno.
La circulación descendente debe por lo tanto estar en los lados, en la sección central de la caldera. También podría haber un efecto de ‘succión’ de la conexión de toma de vapor que tenderá a elevar el agua localmente.
Durante cambios repentinos de carga también hay la posibilidad de que se desarrollen olas en la caldera, que a menudo se pueden ver en el indicador de nivel, pero que idealmente deben ser ignoradas por los controles de nivel de agua.
Un resumen de los cambios de nivel que se esperan bajo varias condiciones de la caldera se ilustra en la Figura 3.15.4.
