Instalación de controles de nivel de agua en calderas de vapor

Como ya sabemos el nivel de agua en una caldera de vapor varía considerablemente como resultado de: 

• La carga.
• La tasa de cambio de carga.
• La circulación del agua dentro de la caldera. 

Estas circunstancias se combinan para hacer que sea muy difícil monitorizar y controlar el nivel del agua de la caldera con precisión. Se requiere una zona tranquila de agua, que sea el nivel representativo del agua de la caldera real. Con controles de nivel tipo flotador y sonda, esto se consigue de dos maneras, y estas son cámara externas y tubos de protección internos:

Cámaras externas

Estas son cámaras montadas externamente que tienen conexiones a la caldera. Normalmente, pero no siempre, están equipadas con controles de flotador. Algunas disposiciones típicas se muestran en la siguiente figura:

Se requieren dos cámaras externas:

• Una cámara alberga el control de nivel y la alarma de primer nivel bajo. 
• La otra alberga la alarma de segundo nivel bajo y la alarma de nivel alto (si lo monta).

De esta manera se asegura que las dos alarmas de nivel bajo están en cámaras independientes. 

Las cámaras externas están equipadas con ‘válvulas de purga secuencial’ y (opcionalmente) con válvulas de interrupción de vapor.

Nota: Si las válvulas de interrupción están equipadas, las normativa vigentes exigen que estén bloqueadas en posición abierta. 

Tradicionalmente se han instalado controles de flotador en las cámaras externas, aunque las sondas funcionan igualmente bien y tienen la ventaja de no tiene partes móviles que se desgasten.

Tubos de protección internos 

Para los controles de nivel de montaje directo se requieren instalar unos tubos de protección en el interior del cuerpo de la caldera como se muestra en la siguiente figura:

Los dispositivos de primer y segundo nivel bajo deben montarse en tubos de protección separados, de modo que sean completamente independientes uno del otro. 

Los tubos de protección en sí no son elementos estándar y se fabrican específicamente para cada caldera individual. Sin embargo, debido a que el diseño de los tubos de protección puede tener un efecto importante en el funcionamiento satisfactorio de los controles de nivel, lo siguiente puede servir de orientación para su diseño e instalación:

• Diámetro. Un tubo de protección de 80 mm de diámetro interior asegurará condiciones estables y proporcionará espacio suficiente para el centrado de la sonda. Cuando se van a instalar dos sondas (por ejemplo, sonda de control de nivel/ alarma nivel alto y sonda de alarma de nivel bajo con autocontrol) en un solo tubo de protección, generalmente se requiere que tenga 100 mm de diámetro interior.
• Longitud. El tubo de protección debe ir entre los tubos de la caldera tan abajo como sea físicamente posible.

Ubicación

Cuando existen diferentes posiciones de instalación de la sonda, las recomendaciones generales son las siguientes:

• • • Lo más lejos posible de las conexiones de salida de vapor y de la válvula de seguridad (mínimo 1 m), pero no demasiado cerca de las placas de fondo de la caldera.
    • Lo más cerca posible del visor de nivel. Conexiones cerca de la parte frontal son las más convenientes.
    • Instalación en tubos de protección con orificios en la parte superior e inferior para la entrada de vapor y agua, con el fondo taponado para evitar que entren burbujas de vapor y sin ninguna ranura larga a lo largo del tubo de protección. 

Hay numerosas ventajas importantes para el uso de controles montados en tubos de protección 

internos:

• Generalmente es una alternativa más barata en una caldera nueva ya que el coste de dos o tres tubos de protección es generalmente menor que dos cámaras de control externas y las válvulas de purga de secuencial asociadas.
• Se puede aprovechar al máximo los avances en electrónica que ofrece la tecnología moderna. 

Controles de flotador 

Aunque la tendencia es hacia el uso de controles tipo sonda montados internamente, todavía sigue siendo común ver controles de flotador, con el flotador dentro del cuerpo de la caldera mediante una brida y un tubo de protección. 

Modelos estándar 

Los controles de flotador montados internamente emplean los mismos principios de funcionamiento y partes que los equivalentes montados en cámaras, excepto que se cambia la cámara por un conjunto de brida grande y tubo de protección para montar el control directamente en la conexión del cuerpo de la caldera. El tubo de protección puede ser fijo o desmontable, y asegurará que la varilla del flotador no se dañe y que se logre un movimiento vertical correcto. 

Controles de flotador montados internamente con dispositivo de comprobación

Los controles de flotador montados internamente pueden incorporar un dispositivo de comprobación del funcionamiento del mecanismo sin que tenga que bajar el nivel de agua dentro de la caldera. La prueba puede ser manual, o iniciada/controlada por un temporizador. La prueba se consigue haciendo bajar el flotador hasta el nivel de agua de la alarma. 

Dispositivo de comprobación de cubeta hidráulica 

La comprobación se logra haciendo bajar al flotador hasta el nivel de agua de alarma baja de la siguiente manera: En la varilla del flotador hay una cubeta encima de la boya que se alimenta durante aproximadamente 24 segundos con agua de la bomba de alimentación de caldera, a través de un tubo pequeño y válvulas, a través de la brida de montaje del control, tal como se muestra en la siguiente figura:

El peso adicional supera la flotabilidad del flotador haciendo que se hunda. Esto hace que el quemador se pare y acciona el sistema de alarma. Después de cerrar la válvula de comprobación en la línea de agua de inyección, un pequeño orificio en la parte inferior de la cubeta drena el agua, permitiendo que el flotador suba a la altura de la posición de funcionamiento normal. El control de suministro de agua a la cubeta también se puede lograr por medio de una electroválvula que puede ser accionada por un temporizador o un pulsador de accionamiento manual. 

Dispositivo de comprobación electromagnético 

El cabezal incluye una bobina de electroimán debajo del conjunto interruptores. Esta rodea un núcleo, que se encuentra en el interior del tubo de acero inoxidable centro y fijado a la varilla del flotador.

Para iniciar el ciclo de prueba, se excita la bobina por medido de un temporizador o un pulsador de accionamiento manual, empujando el flotador hacia abajo, haciendo que el quemador se pare y accionando el sistema de alarma. Cuando la bobina deja de estar excitada el flotador se eleva a su nivel normal. 

Controles de sonda 

Se pueden instalar sondad de un solo canal (sondas de alta integridad sin auto-comprobación) en tubos de protección y, debido a que no tienen partes móviles, suelen durar más que un sistema de flotación control equivalente.

El uso de tubos de protección internos junto con sondas de alta integridad con autocomprobación y controladores, ofrece ventajas significativas en términos de requisitos de comprobación y el grado de supervisión exigido por autoridades. Este tema se trata con más detalle en el siguiente módulo. 

Ya que te interesa saber más acerca de las alarmas de nivel de agua en calderas de vapor, dos y tres elementos, te invitamos a leer más acerca de diferencias entre el control de nivel de agua de uno, dos y tres elementos, así como también sobre los sistemas de control de nivel automáticos en calderas de vapor.

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