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Boletín técnico de INDISA S.A.

  Medellín, Enero 20 de 2012                                                             No.102
 

SISTEMAS DE MODULACION ELECTRONICA PARA QUEMADORES

 

Autor: Ing. Andres Bernal Ortiz

División Comercial de la UEN Fabricación & Montajes de INDISA S.A.

 Dado que las organizaciones industriales alrededor del mundo buscan reducir al máximo sus costos operativos, y teniendo en cuenta que el combustible es uno de los rubros que mas “pesa” en sus operaciones, los diferentes fabricantes de sistemas de combustión han venido introduciendo en el mercado controles avanzados que conllevan a un perfecto balance de eficiencia, emisiones atmosféricas y confiabilidad de operación

 

INTRODUCCION 

Los quemadores son sistemas diseñados para suplir las necesidades térmicas de los diferentes segmentos económicos en donde operan: Industrias, Plantas de generación de energía, Comercios, Restaurantes, Hogares, etc., se valen de las reacciones de combustión que allí se presentan para aumentar la temperatura de sus procesos y obtener los niveles de producción esperados. 

 

Figura 1 Sistema de combustión de una caldera de vapor de un barco (@Riello Burners)

 

Esta reacción de combustión se genera por la interacción de una masa combustible y una masa de oxigeno, bien sea por suministro directo o por su  presencia en el aire, y puede tomar diferentes comportamientos según el tipo de ajuste que se haga en el sistema:

  • Combustión ideal: Hay una adecuada relación estequiométrica de aire / combustible. Toda la masa de combustible se oxida con toda la masa de oxigeno

  • Combustión Rica: Combustión donde se presenta exceso de combustible que conlleva a una reacción incompleta, alta generación de CO y generación de calor de bajo poder

  • Combustión pobre: Combustión donde se presenta exceso de oxigeno (aire) que conlleva a una reacción incompleta, alta generación de CO y generación de calor de bajo poder

Figura 2 Llama generada por la combustión de gas natural (@ Weishaupt Burners)

Debe tenerse en cuenta que para que se presente una reacción de este tipo no es suficiente que haya una mezcla de combustible / aire, siempre se requiere la presencia de una fuente de ignición que proporcione la energía de activación necesaria para desencadenar el fenómeno.

Más allá del tipo de mezcla de combustible / aire que se tenga, para que este proceso térmico se lleve a cabo de la mejor forma posible siempre deben evaluarse variables tales como: limite de flamabilidad del combustible, temperatura de ignición, velocidad de llama, poder calorífico del combustible, eficiencia de combustible, temperatura de llama, liberación de calor y emisiones atmosféricas.

CLASIFICACION QUEMADORES 

Existen en el mercado un gran número de quemadores para diferentes procesos y aplicaciones en los cuales se han tenido en cuenta las variables mencionadas, de modo que cada uno de ellos está diseñado para cumplir con una finalidad específica. A continuación presentamos una clasificación de estos sistemas tomando como base criterios de diferente índole:

                    

Figura 3 Quemador en ducto para torre de secado a gas natural (@ Riello NBP Burners)

 

1. Por Tipo de combustible:

  • Combustibles sólidos

  • Combustibles gaseosos: gas natural, , Biogás, GLP, Aire Propanado

  • Combustibles líquidos: Crudos livianos, Crudos Pesados, Biocombustibles, Kerosene, Aceite vegetal, etc.

  • Duales: Combustibles líquidos y gaseosos en un mismo sistema

2. Según la atomización de combustible liquido:

  • Atomización mecánica

  • Atomización asistida (Vapor ó Aire)

3. Según la forma en que toman el aire de combustión:

  • Premezcla (Tiro forzado)

  • Mezcla en tobera ó boquilla (Tiro forzado)

4. Según la forma constructiva:

  • Quemadores tipo paquete

  • Quemadores de doble bloque

  • Quemadores en ducto

  • Quemadores tipo windbox

                               

Figura 4 Quemador de alta velocidad para horno de tratamiento térmico de Aluminio

5. Según el tipo de aplicación:

  • Quemadores para hornos (Alta velocidad, media velocidad, baja velocidad, propósito general)

  • Quemadores con llama en espiral

  • Quemadores con aire de combustión pre-calentado

  • Quemadores de tubo radiante

  • Quemadores para sistemas de incineración

  • Oxiquemadores

6. Según el tipo de operación:

  • Quemadores de operación ON/OFF

  • Quemadores de operación HI/LO

  • Quemadores de operación modulada mecánicamente

  • Quemadores de operación modulada electrónicamente

La especificación completa de un sistema de combustión incluirá una o varias características de las clasificaciones mencionadas en los párrafos anteriores. Por ejemplo para una caldera podríamos especificar un quemador de la siguiente forma: Quemador tipo paquete, dual gas natural / Fuel Oil #6, atomización asistida y operación modulada electrónicamente. 

QUEMADORES DE OPERACIÓN MODULANTE 

Los quemadores son el eje central de las líneas de producción que requieren procesos térmicos, y de su adecuada operación y desempeño dependerá la calidad del producto final. En los niveles más exigentes se requieren quemadores que se ajusten permanentemente a los cambios de proceso, lo cual se realiza modificando la relación aire / combustible bien sea a través del gasto de combustible, la cantidad de aire a impulsar ó sobre los elementos que producen la mezcla.  

Esta condición operativa se conoce como modulación y ha estado presente de forma mecánica en la industria desde hace muchos años, sin embargo, la introducción de elementos tomados de la electrónica de potencia ha llevado a la creación de un nuevo concepto: Quemadores de modulación electrónica. 

Estos controles han sido incorporados en quemadores desde pequeñas hasta grandes potencias y su uso en procesos industriales tecnificados ha venido en aumento gracias a los resultados obtenidos.

                                  

Figura 5 CAM para sistemas de modulación electrónica (@ Siemens)

 

Adicional al cambio principal en los moduladores se ha llevado a cabo la integración de todos los componentes del sistema mediante un único “cerebro” que realiza las funciones de verificación de seguridades, monitoreo de llama, modulación de combustible (s), modulación de aire, diagnostico e integración a sistemas centrales de supervisión y adquisición de datos (SCADA), entre otras.

MODULACION ELECTRONICA

Servomotores instalados en estos quemadores ajustan continuamente la relación Aire  / Combustible para obtener rendimientos elevados en una amplia gama de potencias, adecuándose de manera permanente a las necesidades de producción y garantizando que los subproductos (CO, CO2, O2, NOx, etc.) se ajusten a los niveles máximos permisibles en todo el rango de modulación.

                          

Figura 6 Sistema integrado de modulación electrónica (@ Weishaupt Burners)

Entre las ventajas más importantes que podemos obtener con la instalación de estos quemadores se tienen las siguientes:

  • Todas las funciones de seguridad y control integradas en un solo componente

  • Reducción en el tiempo de respuesta del sistema frente a variaciones en el proceso productivo

  • Ahorro de energía eléctrica y reducción de ruido mediante la instalación de un Variador de Velocidad que controle el aire de combustión. Experiencias recientes han demostrado ahorros en energía eléctrica de hasta el 40% para quemadores que operan a baja “carga” frente a su potencia nominal.

                                        

Figura 7 Ahorro en energía eléctrica por uso de Variadores de Velocidad (@ Riello Burners)

  • Ahorro de energía y de gastos mediante el cierre del dámper de aire durante fases de stand-by del quemador, lo cual evita el enfriamiento de la cámara de combustión. Experiencias recientes han demostrado ahorros en gas natural de hasta el 10% para quemadores que operan a baja “carga” frente a su potencia nominal.

  • Seguridad del sistema mediante el uso de passwords y niveles de seguridad, esto evita el cambio accidental ó intencionado de los parámetros de combustión

  • Aumento de la relación Máxima Potencia / Mínima Potencia (Turndown) del quemador.

  • Mejora en el desempeño del quemador en bajo fuego

  • Posibilidad de reiniciar de forma remota el quemador

  • Ausencia de juntas mecánicas y reducción de la histéresis mecánica

  • Flexibilidad y facilidad en el ajuste de los parámetros de calibración mediante un display ubicado en el sistema

  • Ajuste de un mayor número de parámetros de combustión que los ajustados normalmente en quemadores tradicionales

  • Reducción en el tiempo requerido para la calibración del quemador

  • Nula ó escasa variación de los parámetros de calibración a lo largo del tiempo

  • Ajuste optimo del punto de ignición del quemador

  • Posibilidad de realizar una ventilación continua del sistema sin requerir la instalación de válvulas adicionales

  • Obtención de información permanente del sistema: Estado, Errores, Potencia, etc.

  • Arranque sin pre-purga bajo condiciones especificas de operación

  • Posibilidad de monitoreo remoto e integración con sistemas SCADA

  • Posibilidad de Instalación de sensores de O2 para retroalimentar el sistema y permitir variaciones según condiciones ambientales, cambio de combustible, etc.

Debe tenerse en cuenta que la operación de quemadores mediante modulación electrónica no solo es posible mediante cambio el completo de sistemas de combustión, sino que en algunos casos también se logra mediante la adición de los elementos de control necesarios a los quemadores existentes. Existen diversas opciones de este tipo en el mercado y su elección debe balancear criterios técnicos (desempeño, eficiencia) y económicos (mantenimiento, inversión, ciclo de vida).

                      

Figura 8 Curva de operación de caldera con sistema de modulación electrónica

 

 

NOVEDADES


AMENBO,

UN MOUSE QUE PONE A TRABAJAR A TODOS TUS DEDOS










Fuente: Amenbo, un mouse que pone a trabajar a todos tus dedos http://tecnologia7.net/avances-tecnologicos/amenbo-mouse-pone-trabajar-tus-dedos/#ixzz1k0aZgfj5

Lo que ves en la imagen es un mouse, que propone hacer trabajar todos los dedos de la mano.

Este dispositivo se llama Amenbo y como se puede apreciar tiene varias particularidades; a diferencia de los mouse convencionales, permite interactuar con cada uno de los dedos de manera precisa, dispone de una base donde se puede apoyar la mano y a la vez es la que mantiene unida cada una de las partes que corresponden a los dedos, para adaptarse a cada usuario y dar autonomía en movimientos.

Cada uno de los mini dispositivos donde se ponen los dedos cuenta con sensores especiales,  que no solamente logran transmitir al ordenador los movimientos, sino que también transmiten la presión que se ejerce individualmente. Según han comentado sus desarrolladores, Amenbo es ideal para los usuarios que utilizan programas como 3D CAD o necesitan precisión en sus diseños.

Amenbo, no se limita a un solo movimiento, con el se pueden expresar y dar indicaciones al programa utilizando los cinco dedos y graduando la acción según la presión que se utilice, es decir, Amenbo transmitirá los movimientos naturales  de la mano.



















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