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Control de purga de calderas

Antes de que el agua de alimentación pase a la caldera, debe tratarse químicamente para eliminar los elementos corrosivos que puedan estar presentes y que acabarían por corroer la caldera y afectar a la calidad del vapor necesario para un proceso.

 

Deben eliminarse de la caldera los productos químicos que se introducen a través del agua de alimentación. No hacerlo puede motivar que el sistema de la caldera sufra la formación de incrustaciones, corrosión, metal agrietado y quebradizo, arrastre de sólidos y espuma.

Por lo tanto, es preciso mantener el equilibrio químico apropiado en el interior de la propia caldera, lo que se consigue mediante el control de purga. Este proceso consiste en activar el mecanismo de la válvula de purga situado en el colector de la caldera y extraer un pequeño porcentaje del agua de la caldera (que contiene sólidos disueltos y sedimentos sin disolver) por debajo de la superficie del agua de la caldera.

 

Con el fin de mantener el equilibrio químico en el interior de la caldera, la cantidad de impurezas retiradas del colector mediante la purga debe ser igual a la cantidad de impurezas introducidas mediante el agua de alimentación. Cuando varían las cargas de vapor, también lo hace la tasa de agua de alimentación y la tasa de purga.

 

Por otro lado, el exceso de purga da lugar a un funcionamiento ineficiente de la caldera, ya que cada purga hace que se pierda el calor contenido en el agua extraída. El coste de combustible puede relacionarse directamente con esta pérdida de calor. También hay que tener en cuenta el coste del agua y el de los productos químicos. Debe alcanzarse un equilibrio entre la necesidad de retirar los sólidos disueltos de la caldera y el funcionamiento eficiente de la misma.

 

Una caldera que funcione con una eficiencia del 80% y que tenga una tasa máxima de evaporación de 5.000 kg/h a 10 bares y recibe agua de alimentación a 70 °C. De estos 5.000 kg/h, se transfieren 4.500 kg/h de vapor y se pierden 500 kg/h debido a la purga. Utilizando tablas de vapor, se calcula el contenido en calor del agua y el vapor:

 

4.500 kg/h ( 2.357 kJ/kg = 9.621.274 kJ/h

500 kg/h (357 kJ/kg = 178.500 kJ/h

 

lo que da un total de

 

9.799.774 kJ/h o 2.723 kW

 

El ejemplo anterior es típico de una caldera moderna que sólo utilice aguas blandas por intercambio de base. Las tasas de purga son mucho menores cuando se utiliza agua desmineralizada. En el ejemplo, la pérdida de calor equivale al 1,8% del combustible consumido.

 

A lo largo de un año de funcionamiento continuo, el combustible desperdiciado por caldera supone aproximadamente 46.500 m3 de gas natural, 44.500 litros de gasóleo o 70 toneladas de carbón, a lo que se añade también el coste de adquisición y tratamiento del agua utilizada en el sistema de la caldera.

 

El control de purga se divide en sistemas continuos o instantaneos que pueden ser manuales, semiautomáticos o completamente automáticos.

Control de purga de la caldera fig 1
Sistema manual instantáneo

La implementación más sencilla del control de purga es un sistema manual instantáneo que se acciona una vez por turno para reducir los sólidos disueltos en la caldera hasta un nivel suficiente por debajo del límite máximo específico de la caldera. Después, se permite que aumenten los sólidos disueltos durante el siguiente turno hasta alcanzar de nuevo el nivel máximo.

 

Debe realizarse una prueba de sólidos disueltos antes de realizar la purga con el fin de ajustar los tiempos para reflejar los cambios en las condiciones medias de carga de la caldera que pueden producirse día a día.

 

Ventaja:

  • Implementación sencilla con una inversión en sensores relativamente baja

 

Desventaja:

  • No se tienen en cuenta las fluctuaciones de la carga. Recuperar el calor de la purga resulta costoso y complicado 

 
Control programado automáticamente

La figura 2 muestra un sencillo sistema semiautomático que utiliza un temporizador para controlar la purga durante breves periodos de tiempo según un programa preestablecido. Con este sistema sigue siendo necesario comprobar diariamente la caldera con el fin de ajustar el programa del temporizador para tener en cuenta los cambios en el funcionamiento de la caldera y del sistema.

 

Control de purga de la caldera fig 2
Figura 2 Control de purga programado automáticamente
 

Es posible obtener un sistema completamente automático instalando un sistema de control de sólidos disueltos, como muestra la Figura 3, que tiene prioridad sobre el temporizador en caso de que varíe el nivel deseado de sólidos disueltos.

 

Control de purga de la caldera fig 3
Figura 3 Control de purga automático con control de sólidos disueltos
 

Desventaja:

  • La válvula estándar de apertura y cierre completo ofrece un control poco preciso

Control continuo

Los sistemas de purga continua son preferibles cuando se necesita recuperar el calor. En su forma más sencilla, este sistema consta de una válvula que se ajusta después de someter la caldera a una prueba regular. La posición de la válvula se determina en función de la presión de la caldera, los niveles de sólidos disueltos y la tasa de purga requerida.

 

Como muestra la Figura 4, se utiliza un módulo de control para modular la válvula de purga utilizando las señales del detector de sólidos disueltos instalado en la corriente secundaria enfriada de la purga. Para que este sistema funcione correctamente, dicha corriente debe fluir continuamente sobre el detector.

 

Ventaja:

  • Planta de recuperación de calor más pequeña y asequible 
  • Capacidad de recuperar hasta el 50% del calor de la purga

 

Control de purga de la caldera fig 4
Figura 4 Control de purga continua
 
Purga intermitente

También es posible realizar la purga en los evaporadores de la caldera, donde se depositan los sedimentos. Este proceso se realiza de forma intermitente abriendo la válvula correspondiente y permitiendo que escapen los sedimentos.

Control combinado

La automatización de procesos de Eurotherm ofrece un módulo de control que puede configurarse para el control de la purga continua, intermitente, o continua e intermitente.