Diferencias entre el control de nivel de agua de uno, dos y tres elementos

En este artículo veremos las diferencias entre e control de nivel de agua, bien sea empleando uno, dos o tres elementos. Para comenzar, veremos el control de nivel de agua de un solo elemento estándar, que, con control proporcional, proporciona un excelente control en la mayoría de instalaciones de calderas. 

Sin embargo, con un único elemento de control proporcional, el nivel de agua debe bajar para que se abra la válvula de control de agua de alimentación. Esto significa que el nivel de agua debe ser mayor con una producción de vapor baja y menor con una producción de vapor alta: una característica de control de nivel decreciente. 

Sin embargo, cuando se producen cambios de carga muy bruscos, en algunos tipos de calderas acuotubulares, el control de un solo elemento tiene sus limitaciones. 

Consideremos la situación de una caldera cuando está funcionando dentro de su capacidad nominal: 

• El “agua” de caldera realmente contendrá una mezcla de agua y burbujas de vapor, que será menos densa que el agua sola.
• Si aumenta la demanda de vapor, la presión en la caldera cae inicialmente y el sistema de control hará que aumente el régimen de fuego del quemador. La tasa de evaporación se incrementará para satisfacer el aumento de demanda.
• La mayor tasa de evaporación significa que el agua de caldera contendrá aun más burbujas de vapor y se hará menos densa. 

Si ahora se aplica una carga repentina a la caldera:

• La presión dentro de la caldera se reducirá aún más y una parte del agua de caldera se revaporizará. El revaporizado del agua de la caldera, más el aumento de calor, ya que los quemadores estarán al máximo, significa que el “agua” de la caldera tendrá incluso más burbujas de vapor y su densidad se reducirá aún más.
• A medida que la presión disminuye, el volumen específico del vapor aumenta, y la mayor velocidad resultante a la que el vapor sale de la caldera puede crear un aumento en el volumen de la mezcla burbujas de vapor/agua, resultando en un aumento evidente del nivel de agua. 
• Los controles de nivel detectarán este aumento aparente en el nivel de agua y comenzará a cerrar la válvula de control de agua de alimentación, cuando en realidad se requiere más agua. La situación ahora es que hay una demanda alta de vapor y no se ha añadido agua a la caldera para mantener el nivel.
• Se alcanza un punto en que el aumento en el volumen se colapsará, posiblemente a un nivel por debajo del nivel de las alarmas de nivel bajo y la caldera se puede “bloquear” repentinamente, dejando la planta fuera de línea. 

 

Control de nivel de agua de dos elementos 

El control de dos elementos invierte la característica de control de nivel decreciente para asegurar que el nivel del agua se realiza con cargas altas de vapor. Este se esfuerza por asegurar que la cantidad de agua en la caldera se mantiene constante para todas las cargas y que durante los períodos de una demanda de vapor grande y repentina, se abra la válvula de control de agua de alimentación.

El sistema funciona mediante el uso de una señal procedente de un medidor de caudal de vapor instalado en la tubería de salida de vapor para aumentar el punto de consigna del controlador de nivel con cargas altas de vapor. 

Los dos elementos de la señal son:

• Primer elemento: Señal de nivel del agua dentro de la caldera.
• Segundo elemento: Señal del medidor de caudal en la salida de vapor de la caldera.

Cualquier instalación de caldera que experimenta cambios frecuentes y repentinos en la carga puede trabajar mejor con un sistema de control de agua de alimentación de dos elementos. 

Cuando los cambios de carga de proceso son grandes (por ejemplo en fábricas de cerveza) se deberá considerar un control de dos elementos y puede que sea necesario cuando haya cambios repentinos de carga de más del 25% en una caldera. 

 

Control de nivel de agua de tres elementos 

El control de nivel de tres elementos se muestra en la siguiente figura, incluye los dos elementos de señal descritos anteriormente, además de un tercer elemento, que es el caudal actual medido de agua de alimentación a la caldera. El control de nivel de tres elementos es más frecuente en las salas de calderas donde se suministra agua de alimentación una serie de calderas con una línea circular común de suministro presurizado. 

Bajo estas circunstancias, la presión en la línea circular de agua de alimentación puede variar dependiendo de la cantidad de agua está siendo extraída por cada una de las calderas. 

Debido a que la presión en la línea circular varía, la cantidad de agua pasará por la válvula de control de agua de alimentación también variará para cada apertura de válvula. La señal de entrada desde el tercer elemento modifica la señal a la válvula de control de agua de alimentación, para tomar en consideración esta variación de la presión. 

Ya que te interesa saber más acerca de las diferencias entre el control de nivel de agua de uno, dos y tres elementos, te invitamos a leer más acerca de los cambios de nivel atribuibles a la circulación de calderas de vapor y cómo determinar los niveles de agua en calderas de vapor, así como también a suscribirte al newsletter especializado en sistemas de vapor industrial, un recurso que te servirá para recibir más contenido sobre las nuevas tendencias del vapor.