Introducción básica a los quemadores

Thread Content

Este mensaje fue modificado por última vez por lyyifeng el 30-3-2016 a las 11:49. El quemador, como dispositivo mecatrónico de alto grado de automatización, puede dividirse en cinco sistemas según las funciones que realiza: sistema de suministro de aire, sistema de encendido, sistema de monitoreo, sistema de combustible y sistema de control eléctrico. 1. Sistema de suministro de aire: La función del sistema de suministro de aire es introducir en la cámara de combustión aire a una velocidad y cantidad determinadas. Sus componentes principales son: carcasa, motor del ventilador, paleta del ventilador, tubo de alimentación de aire, controlador de las compuertas de aire, rejillas de control de las compuertas y disco difusor. Carcasa: Es el soporte para la instalación de las distintas partes del quemador, además de ser la componente principal que forma los canales de entrada de aire fresco. Desde el punto de vista de su diseño, se pueden dividir en dos tipos: los de tipo caja y los de tipo pistola. Los quemadores de tipo caja suelen tener una cubierta hecha de material termoplástico, y su potencia generalmente es baja. En cambio, los quemadores de alta potencia suelen tener un cuerpo separado, y por lo general son de tipo pistola. Los materiales que componen la carcasa suelen ser piezas fundidas de aleaciones ligeras de alta resistencia. Motor de la turbina: Proporciona la energía necesaria para el funcionamiento de la rueda de la turbina y de la bomba de aceite a alta presión. También existen algunos quemadores que utilizan un motor separado para alimentar a la bomba de aceite. Algunos quemadores de baja potencia utilizan motores monofásicos; su potencia es relativamente baja. La mayoría de los quemadores, en cambio, emplean motores trifásicos. Para que el quemador funcione correctamente, el motor debe girar en una dirección determinada. Rueda del ventilador: Gira a alta velocidad para generar una presión de aire suficiente que permita superar la resistencia del horno y del chimenea, y para suministrar suficiente aire a la cámara de combustión con el fin de satisfacer las necesidades de la combustión. Está compuesto por ruedas cilíndricas con palas inclinadas en un ángulo determinado. Los materiales utilizados suelen ser aceros aleados ligeros y de alta resistencia; también existen productos fabricados por inyección de plástico. Todos los rotores de ventiladores que cumplen con los estándares requieren tener un buen equilibrio dinámico. Tubo de la pistola de aire: Sirve para dirigir el flujo de aire y estabilizar la presión del mismo. También forma parte del canal de entrada de aire; generalmente cuenta con una brida externa que se conecta con la abertura del horno. Sus materiales constitutivos suelen ser aceros aleados de alta resistencia y resistentes a altas temperaturas. Controlador de compuertas de ventilación: es un dispositivo de accionamiento que controla el giro de las compuertas mediante conexiones mecánicas. Por lo general, existen dos tipos de controladores: los controlados por sistema hidráulico y los controlados por motores servomotores. Los primeros funcionan de manera estable y no suelen presentar fallos, mientras que los segundos permiten un control preciso y una regulación suave del caudal de aire. Parada de la rejilla de ventilación: Su función principal es regular el tamaño del conducto de entrada de aire, a fin de controlar la cantidad de aire que entra. Sus materiales de composición son el moldeado por inyección y las aleaciones; las barreras de moldeado por inyección suelen ser de un solo elemento, mientras que las barreras de aleación existen en diversas configuraciones, como de un solo elemento, dos elementos o tres elementos. Disco de difusión: Su estructura especial permite generar un flujo de aire rotativo, lo que ayuda a una mezcla adecuada entre el aire y el combustible. Además, también sirve para regular la cantidad de aire secundario. 2. Sistema de encendido. La función del sistema de encendido es encender la mezcla de aire y combustible. Sus componentes principales son: el transformador de encendido, las electrodos de encendido y los cables de alta tensión para el encendido. Transformador de encendido: Es un componente de conversión que genera una salida de alta tensión. La tensión de salida suele ser de 2×5 KV, 2×6 KV o 2×7 KV, mientras que la corriente de salida está entre 15 y 30 mA. Electrodo de encendido: Convierte la energía eléctrica de alta tensión en energía luminosa y térmica a través de una descarga eléctrica en arco, con el fin de prender el combustible. Por lo general, existen dos tipos: de tipo monobloque y de tipo separado. Cable de alta tensión para electricidad: su función es transmitir energía eléctrica. 3. Sistema de monitoreo: La función del sistema de monitoreo es garantizar el funcionamiento seguro del quemador. Sus componentes principales son el detector de llama, el detector de presión y el termómetro de monitoreo, entre otros. Monitor de llamas: Su función principal es supervisar la formación de las llamas y generar señales para informar al programador. Existen principalmente tres tipos de detectores de llamas: resistencias fotoeléctricas, ojos UV y electrodos de ionización. A. Resistencia fotosensible: Se utiliza principalmente en los quemadores de petróleo ligero y pesado. Su función y principio de funcionamiento son los siguientes: la resistencia fotosensible está conectada a un relé de llama que cuenta con tres contactos. El valor de resistencia de la resistencia fotosensible varía según la cantidad de luz que recibe; cuanto más luz recibe, menor es su valor de resistencia. Cuando la tensión aplicada a los extremos de la resistencia fotosensible es constante, la corriente en el circuito aumenta. Cuando la corriente alcanza un valor determinado, el relé de llama se activa, lo que permite que el quemador continúe funcionando. Cuando el fotorresistor no recibe suficiente luz, el relé de llama deja de funcionar y el quemador se detiene. Los resistores fotosensibles no son adecuados para los quemadores de gas, ya que la llama que se genera al quemar el gas no es lo suficientemente brillante. B. Electrodo de ionización: Se utiliza principalmente en quemadores de gas. El controlador programa el transformador de encendido para que suministre una tensión de 220 V. Una de las dos líneas de alta tensión se conecta a tierra, mientras que la otra se conecta al electrodo de encendido. La descarga eléctrica entre el electrodo y la tierra genera chispas que encienden la mezcla de gas y aire. El controlador también suministra energía a los electrodos de ionización. Si no hay llama, el suministro de energía a los electrodos se interrumpe. Pero si hay llama, el gas se ioniza debido a su propia alta temperatura. La corriente iónica fluye entre los electrodos, la llama y la cabeza de combustión. Esta corriente iónica se convierte en corriente continua y llega hasta el relé de la llama a través de la carcasa del quemador conectada a tierra, lo que permite que el quemador funcione correctamente. Si el electrodo de ionización se conecta a tierra, la corriente que se genera es de tipo alterno y no continua. En ese caso, el relé de llama dejará de funcionar y el controlador se bloqueará. Además, la corriente de ionización y la corriente de encendido pasan por el mismo circuito de tierra. Dado que la corriente de encendido es mucho más intensa que la corriente de ionización, si ambas corrientes fluyen en direcciones opuestas, la corriente de ionización será bloqueada por la corriente de encendido. Esto hace que, una vez formada la llama, el quemador se corte. Este defecto puede compensarse mediante la conexión inversa del transformador de encendido; al invertir los cables, la dirección de la corriente alterna en el transformador de encendido cambia 180°, lo que a su vez hace que la dirección de la corriente de encendido también cambie 180°. De esta manera, las direcciones de ambas corrientes coinciden, y así se supera dicho defecto. Además, la inestabilidad de la llama en la zona de ionización también puede causar que el quemador se desconecte mientras la llama sigue encendida. Esto puede deberse a una proporción inadecuada entre aire y combustible; esto se puede solucionar ajustando la cantidad de aire o de combustible. También es posible que la distribución del aire y del combustible en la cabeza de combustión no sea uniforme; en ese caso, se puede resolver ajustando la posición de dicha cabeza de combustión. C. Sensores de luz ultravioleta: Se utilizan generalmente en quemadores que funcionan tanto con gas como con aceite. Estos sensores solo pueden detectar la luz ultravioleta presente en la llama (rango de espectro de 190 a 270 nanómetros). El tubo UV no reacciona a la luz proveniente de los materiales refractarios presentes en el horno, ni a la luz normal o a la luz emitida por los materiales incandescentes dentro del horno. La vida útil del tubo UV es de aproximadamente 10,000 horas, siempre y cuando la temperatura ambiente no supere los 50 °C. Una temperatura ambiental demasiado alta afecta negativamente su vida útil. Si recibe una cantidad suficiente de rayos ultravioleta, puede generar una corriente eléctrica. Esta corriente, una vez amplificada adecuadamente, permite que el relé se active y se cierre. Si la batería del tubo UV se agota, incluso cuando no hay radiación ultravioleta, el dispositivo seguirá indicando que ha recibido radiación ultravioleta. Para superar este problema, antes de encenderlo, el controlador aplica una tensión adecuada en sus extremos. De esta manera, incluso si la batería está agotada, el dispositivo indicará simplemente que no hay llama, y así el controlador dejará de funcionar. Para probar la eficacia del sensor UV, después de encenderlo, se debe extraerlo de su lugar de instalación durante al menos un minuto. Una vez que el sensor UV es extraído, ya no es posible detectar los rayos ultravioleta emitidos por la llama; en ese momento, el relé correspondiente se desconecta y el quemador deja de funcionar. Incluso una pequeña cantidad de suciedad por aceite puede bloquear el paso de los rayos ultravioleta hacia el fototubo, lo que impide que los componentes internos reciban la cantidad suficiente de rayos ultravioleta para poder funcionar. Por lo tanto, el fototubo debe ser limpiado a fondo. El tubo UV no puede detectar la luz solar ni la luz de las lámparas comunes. Se puede verificar su sensibilidad utilizando una llama o chispas generadas entre los dos electrodos de un transformador de encendido común. Para garantizar el funcionamiento adecuado del quemador, su corriente debe ser estable y no puede ser inferior a la corriente que requiere el controlador programable. Esta corriente puede ser medida con un microamperímetro; su valor no debe ser inferior al del monitor de presión. Se utiliza generalmente en quemadores de gas, y sirve principalmente para monitorear la presión alta y baja del gas, así como la presión del aire. Si el quemador se utiliza en calderas de vapor, también se necesita un monitor para controlar la presión del vapor. Monitor de temperatura: Se encarga principalmente del monitoreo y control de la temperatura de los gases de escape, del monitoreo y control de la temperatura del combustible (fuel oil), así como del monitoreo y control de la temperatura del agua del sistema y del agua utilizada como medio de transmisión. 4. Sistema de combustible: La función del sistema de combustible es garantizar el suministro del combustible necesario para la combustión en los quemadores. El sistema de combustible de los quemadores de combustible incluye, principalmente: tuberías y conexiones para el combustible, bomba de combustible, válvulas electromagnéticas, boquillas y precalentador de fuelóleo. Los quemadores de gas constan principalmente de un filtro, un regulador de presión, un conjunto de válvulas electromagnéticas y un conjunto de válvulas electromagnéticas para la encendido. Tuberías y conectores: se utilizan para transportar combustible. Bomba de aceite: Mecanismo que genera aceite a presión; la presión de salida suele ser de 10 bar o más, para satisfacer las necesidades de nebulización y cantidad de aceite a inyectar. Existen dos tipos: de salida por un solo tubo y de salida por dos tubos. Algunas bombas de aceite para quemadores están conectadas coaxialmente con el motor del ventilador, mientras que otras cuentan con un motor de bomba de aceite independiente. Las bombas de aceite más comunes son de tipo J, E y TA; son adecuadas para sistemas de aceite con un solo tubo o con dos tubos. Dentro de las bombas de aceite hay filtros, válvulas de regulación de presión y válvulas de cierre. El filtro sirve principalmente para proteger el mecanismo de transmisión. El filtro de la bomba tipo E tiene una malla más grande; cuando el filtro se obstruye, esto puede causar un vacío excesivo. Es necesario limpiar el filtro periódicamente. Después de limpiarlo o reemplazarlo, es importante asegurarse de que la tapa de la bomba esté bien sellada. Antes de que la bomba de aceite funcione, es necesario llenarla con aceite a través del tubo de admisión, hasta que el aceite llegue al orificio de desbordamiento de la bomba. De lo contrario, la bomba se dañará debido a un funcionamiento en seco. La resistencia de succión en la entrada de la bomba de aceite no debe superar los 0,4 bar, mientras que la presión en la salida suele estar entre 10 y 24 bar. La presión máxima de suministro de aceite de las bombas tipo J es de 20 bar, mientras que la de las bombas tipo E y TA es de 40 bar. La temperatura máxima de suministro de aceite es de 90 °C. Válvula electromagnética: se utiliza para controlar la apertura y cierre de las vías de aceite; suelen ser válvulas de dos vías o de tres vías. Boquilla: Su función principal es atomizar las gotas de aceite. Los parámetros principales de la boquilla de inyección son el ángulo de inyección (30°, 45°, 60°, 80°), el modo de inyección (sólido, hueco, semihueco) y la cantidad de combustible inyectado. Bajo la misma presión, las boquillas con un caudal de inyección menor ofrecen un mejor efecto de atomización. Los inyectores más comunes son los inyectores de atomización mecánica simple y los inyectores de atomización mecánica con retorno de aceite. El primero tiene una estructura sencilla, un sistema también sencillo y es bastante fiable; se utiliza generalmente en quemadores con cargas menores. El segundo tiene una estructura y un sistema más complejos, pero ofrece buenas características de regulación, por lo que es adecuado para casos en los que la carga de la caldera debe ajustarse dentro de un rango amplio. Las boquillas de atomización de maquinaria simple tienen dos tipos: con ranuras tangenciales y con orificios tangenciales. En el primer caso, el ángulo de atomización es mayor y las partículas resultantes son más pequeñas. Precalentador de fuel oil: Equipo propio de los quemadores de fuel oil, utilizado para calentar el fuel oil a una temperatura determinada, reduciendo así su viscosidad y mejorando el efecto de atomización del mismo. Su dispositivo de control de temperatura está interconectado con el circuito de control del quemador. Filtro: Su función es evitar que las impurezas ingresen al grupo de válvulas electromagnéticas y al quemador. Regulador de presión: Su función principal es reducir y estabilizar la presión. Se utiliza generalmente en sistemas de suministro de gas a alta presión; la presión en su entrada no debe ser inferior a 100 mbar. Grupo de válvulas electromagnéticas: generalmente está compuesto por una válvula electromagnética de seguridad y una válvula electromagnética principal. Puede ser de tipo separado o integrado; en los grupos de válvulas electromagnéticas integradas, suele haber también una válvula reguladora de presión y una malla filtrante. Las válvulas electromagnéticas de seguridad suelen ser de tipo de apertura y cierre rápidos. La válvula electromagnética principal suele ser de tipo de dos etapas, y se divide en las variantes de apertura y cierre rápidos y de apertura y cierre lentos. Detector de fugas en válvulas electromagnéticas: Su función es detectar si las válvulas electromagnéticas se cierran de manera hermética. Se utiliza generalmente en quemadores con una potencia superior a 1400 kW. Grupo de válvulas electromagnéticas de encendido: generalmente está compuesto por una válvula de bola manual, un regulador de presión y válvulas electromagnéticas. Se utiliza principalmente en quemadores de alta potencia. Entre ellos: 1- Válvula manual; 2- Filtro; 3- Regulador de presión; 4- Interruptor de presión; 5- Válvula electromagnética; 6- Detector de fugas; 7- Regulador de equilibrio de presión entre aire y gas; 8- Boquilla; 9- Regulador de ventilación; 10- Soplante; 11- Válvula de encendido.
Sistema de suministro de combustible: Sistema de suministro de gas: 5. Sistema de control electrónico: El sistema de control electrónico funciona como centro de comando y coordinación para todos los sistemas mencionados anteriormente. El componente principal de control es el programador; para cada tipo de quemador se utiliza un programador diferente. Los programadores más comunes son las series LFL, LAL, LOA y LGB. La principal diferencia entre ellos radica en el tiempo que dura cada paso del proceso de combustión.