Sistemas de control de las pérdidas de aire en la envolvente de una caldera

La cantidad de pérdidas de aire en la envolvente de una caldera son difíciles de estimar. Los métodos tradicionales de medir oxígeno en la salida del hogar y la salida del economizador no tienen en cuenta todos los tipos de pérdidas de aire.

Cuando el hogar de una caldera envejece, aparecen pérdidas de aire en los pequeños huecos que se forman entre las penetraciones del tubo, envolvente, aperturas del soplador de hollín, puertas de observación, y los espacios de aire muertos comienzan a contribuir al aire total suministrado al hogar. Sin embargo, cuando ocurren pérdidas entre la salida del hogar y la salida de la caldera, el aire no contribuye al aire total requerido para una apropiada combustión. Simplemente se diluye el caudal de gas y artificialmente se eleva la indicación de oxígeno en exceso.

La mayoría de las compañías usan sondas de oxígeno en la salida del economizador para controlar la condición del hogar. Una lectura del 3 % en el economizador puede representar la un 1 % en la salida del hogar si están presentes las pérdidas. Estas pérdidas pueden medirse tomando una lectura de oxígeno en la salida del hogar y luego comparando con la salida del economizador. Sin embargo, esto no puede tener en cuenta cualquier pérdida de aire que contribuya al requerimiento de aire total. Si hay combustión secundaria, la lectura del oxígeno caerá antes de que comience a incrementarse debido a las pérdidas. En este caso, las pérdidas serán más altas que las medidas. Adicionalmente, el aire que se infiltra aguas arriba de la salida del hogar contribuye al requerimiento de aire total.

Una forma más precisa de controlar las pérdidas es usar cálculos y medidas molares de caudal de aire total en el hogar para estimar las tasas de pérdidas totales entre la entrada en el hogar y la salida de la caldera (desde los quemadores a las sondas de oxígeno del economizador). Si está disponible una indicación fiable de caudal de aire, puede compararse con el requerimiento de aire total para un combustible dado. Cuando se incrementan las pérdidas, decrecerá el porcentaje de requerimiento de aire total que viene del aire suministrado intencionadamente, asumiendo un ajuste de oxígeno constante en la salida del economizador.

Los métodos de detección de pérdidas tradicionales

Bajo condiciones de operación normales con equipos funcionando y apropiadamente calibrados, la sonda de oxígeno en la salida del economizador son suficientes para operar el hogar en una base día a día. Sin embargo, cuando se incrementan las pérdidas antes de que se incrementen las sondas de oxígeno, su capacidad para dar una buena representación del rendimiento del hogar decrece.

Los siguientes puntos resumen las cuestiones relacionadas con las sondas estacionarias en la salida del economizador y los métodos tradicionales para medir pérdidas:

• Las sondas de oxígeno estacionarias en el economizador están sujetos a errores cuando las pérdidas están presentes aguas arriba de la localización del muestreo.

• Las sondas de oxígeno no pueden determinar las pérdidas aguas arriba de la localización de muestreo sin un sistema de medición secundaria para correlacionar valores.

• Las mediciones en el hogar no tienen en cuenta las contribuciones aguas arriba del proceso de combustión.

• Las mediciones en el hogar están sujetas a errores si existe combustión secundaria o si las mediciones se registran antes de finalizar la combustión.

Entendiendo las pérdidas de aire

Para comprender los métodos de medición, es importante comprender lo básico del proceso de combustión. En su forma más simple, una cantidad dada de combustible requiere una cierta cantidad de aire (oxígeno) para completar la combustión. Debe proporcionarse una cierta cantidad de aire para asegurar la combustión completa del combustible porque en realidad, el aire y el combustible no se mezclan.

El grado en el que el aire y combustible se mezclan no puede medirse directamente. Por lo tanto, en vez de medir el caudal de aire en el hogar, el nivel resultante de oxígeno se mide como un indicador del proceso de mezcla y del aire que queda. Esta solución es práctica para calderas en buenas condiciones, pero las desventajas son aparentes cuando se incrementan las pérdidas aguas arriba de las sondas.

Pérdidas de pre combustión y postcombustión

Debido a que en las unidades de tiro equilibradas el hogar estará bajo una presión negativa, el hogar es susceptible a la entrada de aire ambiental.

Las pérdidas en la pre combustión incluyen cualquier aire ambiental que entre en el hogar y teóricamente participa en el proceso de combustión.

El otro tipo de pérdidas se producen en la postcombustión. Éstas se deben al aire que entra en la envolvente del hogar y no participan en el proceso de postcombustión. Estas pérdidas son especialmente peligrosas ya que artificialmente elevan la indicación del oxígeno en exceso en la salida del economizador. Debido a que la mayoría de las unidades funcionan con controlador da ajuste de oxígeno automático, el sistema de control verá un incremento en el oxígeno y se reducirá la entrada de aire en el hogar para mantener el punto de equilibrio de oxígeno.

Métodos de control de pérdidas

Hay dos formas de determinar las pérdidas de aire:

• Indicación del caudal másico: Esta aproximación mide el ratio aire/combustible apropiado pero no las pérdidas de aire y no indica la cantidad de mezcla aire/combustible.

• Indicación del oxígeno: Esta medición incluye las pérdidas de aire y proporciona una indicación relativa de la mezcla aire/combustible, asumiendo buenas condiciones del hogar, pero no pueden distinguir entre el aire de pérdidas y el margen actual.

Sistema de control de pérdidas online

El sistema de control de pérdidas online proporciona indicación de pérdidas en tiempo real del caudal másico basándose en el caudal de aire y combustible y el oxígeno excedente indicado. Un sistema robusto de medición puede implementarse basándose en los siguientes criterios.

El caudal de la combustión total se mide exactamente bajo la base del caudal másico. El aire secundario y primario puede medirse de forma separada, o juntos. Sin embargo, el sistema no será exacto si no se mide el aire, para lo cual pueden usarse diversos métodos (ventruri, airfoil, …).

Bibliografía: Real – Time Monitoring System Measures Air In-Leakage. Power. August 2010