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Optimización de la seguridad, la confiabilidad y el caudal del tren de combustible para quemadores industriales

Durante más de 90 años, Emerson ha estado a la vanguardia de las tecnologías de combustión en industrias críticas como quemadores comerciales e industriales, calderas, hornos de estufa, hornos, oxidantes térmicos, incineradores y más. Nuestras válvulas de corte de seguridad, válvulas de solenoide, actuadores y otros componentes aprobados a nivel mundial ofrecen una calidad y un desempeño de caudal superiores, lo que le permite cumplir con los más altos estándares de seguridad y eficiencia energética a un precio rentable.

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Nuestras soluciones para quemadores industriales


Combustión por pulsos

Pulse firing

La combustión por pulso aumenta la productividad y reduce las emisiones en los sistemas de hornos de gas con varios quemadores. Esta técnica, que consiste en "pulsar" los quemadores en ciclos de encendido/apagado o de fuego alto/fuego bajo, ofrece un mayor control de la temperatura y una mayor eficiencia de combustible. También maximiza la circulación de aire y homogeneiza el calor dentro del horno. Para aprovechar las numerosas ventajas de la combustión por pulsos, los sistemas de quemadores requieren válvulas robustas que puedan soportar aperturas y cierres frecuentes para regular el calor de manera adecuada.

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Preguntas frecuentes sobre los quemadores industriales

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. 
ASCO 158/159 diagram
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.

  • Instalado en la válvula por el fabricante, este enclavamiento verifica que la válvula de cierre de seguridad del combustible esté completamente cerrada antes de que puedan iniciarse los ciclos de purga y ignición del sistema.  
  • Un interruptor de prueba de cierre debe estar configurado de fábrica y no ser ajustable, y debe activarse solo después de que la válvula haya alcanzado la posición cerrada. Esto significa que se debe establecer una disposición especial para la sobrecarrera. 

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

  • Este sistema puede ser activo o pasivo. Cuando está activo, utiliza una bomba para presurizar la tubería entre dos válvulas de corte de seguridad de combustible, monitorea si hay fugas en el gas presurizado antes de arrancar el sistema. Cuando es pasivo, este sistema comprueba cada válvula por separado con una secuencia específica de apertura y cierre de la válvula, comprobando individualmente si hay fugas con interruptores de presión.  
  • En Europa, se puede exigir un sistema de comprobación de válvulas en los trenes de combustible de los quemadores dependiendo de su salida de calor. En la NFPA, el sistema de comprobación de válvulas puede reemplazar la necesidad de prueba de interruptores de cierre en ciertos casos.
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.
Una manera de garantizar que las válvulas de corte de seguridad de combustible reciban un buen mantenimiento y funcionen de manera confiable en caso de una parada es efectuar pruebas de fuga anuales o más frecuentes. Dado que los asientos de las válvulas se desgastan con el tiempo, estas pruebas garantizan que no haya fugas de gas a través de la válvula.

Las válvulas para quemadores industriales de Emerson incorporan una toma de presión específica para facilitar este procedimiento de prueba, lo que permite mantener la válvula instalada en la tubería durante la prueba. Estas tomas de presión también facilitan la instalación de interruptores de presión para el control del límite de presión o la detección automática de fugas cuando se utilizan con un sistema de comprobación de válvulas.

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