Soluciones de quemadores industriales para seguridad y eficiencia

Las válvulas de corte de seguridad de combustible encienden y apagan el quemador y evitan el caudal de combustible (gas o combustible) hacia la cámara de combustión en caso de que el incinerador, el horno, la caldera, el oxidante térmico u otro equipo de calefacción se apaguen. Las válvulas de corte de seguridad del combustible pueden ser de accionamiento eléctrico (motorizado o solenoide) o neumático y son exigidas por los códigos y las normas nacionales.

Otras características de la válvula:

•Normalmente cerrada.

•Sujeta a importantes pruebas de por vida.

•Debe cumplir estrictos requisitos de estanqueidad y fugas.

•Diseñada para apagarse en menos de 1 segundo en caso de pérdida de energía.

•La mayoría de las veces se requieren dos válvulas entre el quemador y el suministro de combustible. 

Una válvula de corte es una válvula que puede cerrarse para detener el caudal de un medio (“cortarlo”)  

•Puede ser manual o automática; si la válvula es automática, el accionamiento puede ser eléctrico, neumático (aire a presión + electricidad) o hidráulico (aceite a presión + electricidad).  

•Una válvula de cierre automática es una válvula normalmente cerrada, lo que significa que el actuador es a prueba de fallos en posición cerrada (la mayoría de las veces utilizando un resorte de retorno), por lo que la válvula se cerrará automáticamente cuando no reciba corriente.   

Un componente de seguridad crítico para los quemadores de combustión es la llamada “válvula de corte de seguridad automática”, que es una válvula de corte que se desenergiza cuando se detecta una condición insegura, lo que garantiza que el caudal de combustible al quemador se corte y sea seguro.  

•Estas válvulas están diseñadas específicamente para aplicaciones de quemadores con muy bajo índice de fugas, alta velocidad de cierre y buena confiabilidad.  

•Una norma en la industria de los quemadores es instalar dos en línea, lo que garantiza que si una falla o tiene fugas, la otra se encargará de poner el quemador en posición de cierre.

1. Cuando recibe corriente, el vástago del actuador motorizado empuja hacia abajo el vástago de la válvula, abriéndola.

2.En caso de pérdida de potencia, el actuador libera su fuerza, un resorte del actuador hace retroceder el vástago del actuador y un resorte de la válvula hace subir el obturador, cerrando la válvula.

3.Cuando recibe corriente, la bobina atrae la contratuerca que levanta el disco de la válvula, abriéndola.

4.Cuando deja de recibir corriente, la bobina ya no tira del disco hacia arriba, y el resorte puede entonces empujar el disco hacia abajo para cortar el caudal.

Un tren de combustible es el conjunto de componentes de control de fluidos que van desde el suministro de combustible hasta el quemador. El objetivo del sistema es controlar de manera segura el caudal de combustible hacia el quemador y garantizar un corte seguro cuando sea necesario. Los conjuntos de trenes de combustible consisten en muchos componentes que se rigen por diferentes normas. Por ejemplo:

•NFPA 85: Código de riesgos de calderas y sistemas de combustión.

•NFPA 86: Norma para hornos y calderas.

•NFPA 87: Norma para calentadores de fluidos.

•EN 676: Quemadores automáticos de aire forzado que utilizan combustibles gaseosos.

•EN 746-2: Equipos de tratamiento térmico industrial.

Los grandes quemadores se controlan mediante una combinación de un sistema de gestión de quemadores (BMS) y un sistema de control de la combustión (CCS).

El BMS garantiza el arranque, el funcionamiento y el apagado seguros de los quemadores. 

•En ocasiones denominado sistema de protección contra llamas, el BMS activa el quemador en la secuencia adecuada para eliminar primero el gas de la cámara de combustión, encender el piloto (si hay llama piloto) y luego abrir la línea principal de combustible. 

•Durante el funcionamiento, el BMS monitoriza la llama del quemador principal y cortará la alimentación a las válvulas de cierre de seguridad en caso de que no se detecte la llama o si se detecta alguna condición insegura. Además, el BMS comprueba las condiciones de funcionamiento seguro en el arranque; si no se cumplen, el BMS detendrá la secuencia de arranque y alertará al operador.

El CCS consta de equipos para controlar la relación combustible-aire y la cadencia de encendido. Estos componentes mecánicos y electrónicos pueden incluir actuadores, válvulas de control de caudal, controladores lógicos programables (PLC), unidades de frecuencia variable (VFD) y sensores de caudal. Bajo algunas condiciones, el BMS y el CCS se pueden integrar en el mismo equipo de control.

Una relación de reducción de un equipo de calefacción es la relación entre la salida de calor máxima y mínima del equipo. Varía en función de la tecnología del quemador utilizada. Cuando un quemador tiene una relación de reducción de 10:1, esto significa que puede funcionar con una salida de calor del 10 % de su máximo. La relación de reducción es importante para el mercado de equipos de calefacción; de hecho, tener una relación de reducción elevada significa que hay una ventana más grande para la modulación. Efectivamente, una relación de 10:1 significará que el quemador puede funcionar entre el 10 % y el 100 % de su capacidad, con la posibilidad de hacerlo funcionar al 20 %, 30 %, 40 %, etc. cuando varíe la necesidad de calor. Esto genera importantes ganancias en el consumo de combustible y las emisiones, ya que aumenta las posibilidades de utilizar solo lo necesario.

Los tipos de combustible para quemadores y calderas incluyen:

•gas natural

•aceite combustible (diésel)

•biodiésel

•gas de horno de coque

•biogás

•hidrógeno

•GLP (principalmente butano y propano)

Algunos sistemas de combustión utilizan combustibles sólidos (como biomasa sólida o carbones); esos sistemas están diseñados de forma diferente y tienen diferentes reglas y desafíos que Emerson también puede ayudar a resolver.

La NFPA estipula los requisitos de cierre comprobado para las válvulas de corte de seguridad de combustible que pueden cumplirse de alguna de dos siguientes maneras.

La primera es mediante la implementación de un interruptor de prueba de cierre.

La segunda manera de cumplir con los requerimientos de cierre comprobado es mediante la implementación de un sistema de comprobación de válvulas.  

Exigidos por muchas normas, incluidas FM, NFPA y UL, los indicadores visuales muestran si una válvula de corte de seguridad de combustible está abierta o cerrada. Esto permite a los operadores actuar con plena confianza en situaciones en las que la válvula debe cerrarse por razones de seguridad.

Por lo general, los indicadores son mecánicos. Algunas normas dictan que si se utiliza una luz o un LED en su lugar, entonces la ausencia de luz no puede mostrar una posición. Este requisito hace que la indicación de luz de posición cerrada sea más complicada, ya que la alimentación de la válvula se detiene cuando el componente está cerrado.