Apuntes, lecciones 5 - desgasificador y detectores en condensadores PDF

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Desgasificador y DETECTORES EN CONDENSADORES...

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U.N.N.E.

cátedra : MAQUINAS TÉRMICAS I

DESGASIFICADOR El desgasificador es el encargado de sacar los gases disueltos del agua de alimentación de la caldera. Durante el recorrido del agua en el ciclo de calefacción es susceptible de absorber gases como ser aire, dióxido de carbono, amoníaco y otros, ellos mas perjudiciales son el aire por su contenido de oxígeno que provoca oxidación en las cañerías y en la caldera, el amoníaco deteriora los tubos y accesorios de bronce o cobre, por lo tanto deben ser eliminados de la misma. El tipo de desgasificación más usado el mecánico y consiste en agitar el agua y calentarla, basado en el hecho de que la solubilidad de los gases disminuye al aumentar la temperatura y se anula al llegar al punto de ebullición. La agitación se hace rompiendo el torrente de agua en pequeñas gotas, para este fin se utilizan una serie de bandejas tal como se muestran en el esquema, en donde el agua cae en cascada, pasando de una bandeja a otra cuando se van llenando y contra corriente se hace circular vapor de manera que el agua se calienta y los gases también, por diferencia de peso específico, el agua que es mas pesada cae al tanque de alimentación, mientras que los gases más livianos ascienden. Los gases que ascienden son evacuados a la atmósfera mediante un sistema de venteo que consiste en una placa orificio calibrada. La calibración de la placa de orificio se efectúa mediante un muestreo del agua de alimentación, donde se parte con un orificio de diámetro determinado y se mide la presencia de oxigeno disuelto en el agua, luego se cambia a uno mas pequeño y así sucesivamente hasta que el oxígeno desaparece, siendo éste el valor óptimo. Esta verificación se debe efectuar por lo menos una vez al año, ya que por efecto de la abrasión del vapor saturado o húmedo, el orificio se va agrandando, de manera que la pérdida de vapor por el venteo se incrementa con la consecuente disminución del rendimiento por gasto de agua y calor. Este aparato sirve además como recuperador de calor, dónde generalmente vienen a parar las purgas que tienen un nivel térmico superior o igual al del desgasificador y se utiliza en el ciclo como calentador de agua del tipo de mezcla. La eficiencia del calentamiento y de la desgasificación depende las condiciones de operación, para lo cual el nivel de agua dentro de este recipiente es sumamente importante ya que no debe llegar al nivel de las bandejas. En algunos desgasificadores parte del vapor de calefacción se lo hace burbujear en la parte inferior del tanque de agua para aumentar el rendimiento de intercambio, y otra parte de vapor se utiliza en la parte superior para desgasificar. La presión interior es siempre superior a la atmosférica, debido a que la temperatura del agua es superior a la temperatura de ebullición. El casco del desgasificador lleva una válvula de seguridad, ya que la falta de agua de alimentación o el bajo nivel pueden provocar sobre presiones.

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U.N.N.E.

cátedra : MAQUINAS TÉRMICAS I

VENTEO PLACA ORIFICIO

AGUA DE ALIMENTACIÓN

BANDEJAS

VAPOR DE NIVEL DE AGUA

DESGASIFICACIÓN

VAPOR DE CALEFACCIÓN

SALIDA DE AGUA DE ALIMENTACIÓN ESQUEMA DE UN DESGASIFICADOR 2

Año 1997 - Máquinas Térmicas 1 - Fac. de Ingeniería - UNNE-

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MÁQUINAS TÉRMICAS 1 Detecciones y pruebas en los condensadores de los grupos Hitachi. 1- Detectores en Condensadores El buen funcionamiento de un equipo puede controlarse en forma periódica relacionando algunos de sus parámetros operativos y comparándolos con los establecidos por el fabricante o en su defecto con los elaborados mediante cálculo teniendo en cuenta las características y restricciones del equipo en cuestión. El detector indica una anormalidad o apartamiento de las condiciones de funcionamiento previstas, las que pueden deberse a causas operativas o a un mal estado de funcionamiento del equipo en sí. En este caso particular estableceremos el control del condensador por medio de cuatro detectores : D 1: Detector de ensuciamiento de la superficie de transferencia de calor. D 2: Detector de entrada adicional de aire. D 3: Detector de funcionamiento del eyector. D 4: Detector de presión en el condensador( complementario con D1 , D2 y D3) Estas determinaciones se complementan con pruebas periódicas de control de estanqueidad y funcionamiento de los eyectores. El esquema siguiente muestra los puntos de medición y la disposición del instrumental necesario para las determinaciones. 40 ate.

435ºC

III

PIII t aire

tv t2

Tk

Pk

t1 tp

tc Bomba

1.1 - Detector de Ensuciamiento (D1) Por medio de la diferencia terminal térmica (D.T.T.) es posible tener información acerca del estado de limpieza superficial de la transferencia de calor. La cantidad de calor transferido del

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vapor a condensándose al agua de circulación (enfriamiento) , es función del caudal a condensar, del caudal de agua de circulación y de su temperatura de entrada al condensador. Todos estos parámetros han sido tenidos en cuenta para el cálculo de la D.T.T. que es en definitiva el índice de comparación con las mediciones reales hechas sobre el equipo. Una mala transmisión del calor del vapor al agua de circulación , implica un aumento de la D.T.T. dado que: D.T.T. = tk - t2 En un condensador ideal la D.T.T. puede ser nula dado que el calor del vapor se transfiere al agua de circulación sin ninguna resistencia a su paso y con una diferencia de temperatura infinitesimal podría intercambiar todo el calor, o sea tk = t2 . Esto no se da en la realidad y lo que tengo es que para las condiciones óptimas de funcionamiento tengo una D.T.T. que llamaremos del Modelo Matemático. Las desviaciones en el funcionamiento hacen que además tengamos desviaciones respecto de la D.T.T. del M.M.(modelo matemático), y tengamos pues una D.T.T. real. El detector de ensuciamiento se basa en la desviación porcentual respecto del MM de la D.T.T. real: D1

DTT( MM )

DTT( R )

DTT( MM )

.100

Es decir que D1 puede ser cero (0), positivo (+) , o negativo (-) . El valor numérico del detector no tiene importancia sino que indica mas o menos cuanto se aparta de las condiciones de diseño. Para nuestro análisis adquiere mayor significación el signo ( + , - ó 0 ). Cuando D1 es negativo (-) , el D.T.T. (MM) < D.T.T. (R) , lo que significa que t2 es menor que el correspondiente para esas condiciones de operación, por lo tanto la transferencia de calor no es la correcta y en consecuencia esto constituye un índice de ensuciamiento. Cuando D1 es positivo (+), situación ésta que no debe presentarse normalmente, esto constituye un índice de que el flujo de vapor al condensador GK o bien el caudal de agua de circulación Q no son los que corresponden para esas condiciones de operación. En este caso se procede a verificar dichos caudales.

1.2 - Detector de entrada adicional de aire. (D2) Cuando alguna de las partes bajo vacío no presenta una estanqueidad correcta se produce una entrada adicional de aire, el que es necesario evacuar por medio de los eyectores. Si el condensador funciona correctamente el efecto del aire o los no condensables admisibles, se ve reducido a la zona de enfriamiento de los mismos (zona de extracción de los no condensables), pero cuando se produce una entrada de aire en exceso, o si el funcionamiento del eyector no es el correcto, se forma una bolsa de aire fuera de su zona de enfriamiento, el aire ocupa parte del condensador destinado al vapor, rodea los tubos por donde circula el agua de enfriamiento y en consecuencia se reduce el coeficiente de transferencia de calor. Una medida de la entrada adicional de aire, la da la temperatura de la mezcla aire-vapor extraída. Para condiciones normales de funcionamiento, la diferencia entre la temperatura del vapor saturado dentro del condensador y la temperatura de la mezcla extraída debe ser menor a

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4ºC ( en la central de Barranqueras), tomando valores aún mas bajos cuando aumenta la carga. Repitiendo la metodología usada en el detector de ensuciamiento, hacemos: D2

4ºC

tv

t mezcla

aire

4ºC

. 100

Si D2 es negativo o sea tv - tmezcla-aire > 4ºC , en consecuencia estamos en presencia de una posible entrada adicional de aire, o bien la capacidad neumática del eyector no es la correcta. Si el valor de D2 es cero (0) o es positivo (+) no hay indicios de entrada adicional de aire y el funcionamiento del eyector puede considerarse correcto. Una entrada adicional de aire también provoca un aumento de la D.T.T. y en consecuencia D1 se torna negativo (-), vale decir que el análisis de los detectores debe hacerse en conjunto, como se verá mas adelante. El valor de tv - tmezcla-aire = 4ºC, es un valor límite y puede aceptarse en bajas cargas. para cargas entre 0.7 y 1 este valor debe ser algo menor.

1.3 - Detector de funcionamiento del eyector (D3) Este detector D3 proporciona información sobre la capacidad neumática del eyector, complementando lo informado por el detector D2 .

t mezcla-aire

tc

tp

El D3 también informa sobre una posible variación del caudal de condensado a través del precalentador de eyectores, lo que significaría que está condensando mas vapor del correspondiente para el estado operativo considerado y en consecuencia dejaría de ser un problema de condensador y , pasaría a constituir una anomalía en turbina. Como el gasto y la calidad del vapor a eyectores son constantes con la carga, la diferencia de temperaturas del condensado antes y después del precalentador de eyectores es solo función del caudal de condensado, éste lo es a su vez de la carga ( T ). Si el caudal de condensado es el que efectivamente corresponde a la carga del grupo, la diferencia de temperaturas tp - tc mide la capacidad neumática del eyector. Si se comprueba que la capacidad del eyector es la correcta y que el caudal de condensado no es el que corresponde a la carga de prueba esto da un claro indicio de que hay mayor o menor flujo de vapor al condensador y en este caso el problema se traslada a la turbina. La ecuación del detector será:

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D3

tp

tc

tp

MM

tp

tc

tc

R.

4

100

MM

Si el detector D3 da un valor positivo (+), significa que el condensado recibió mas calor que el previsto (por unidad de masa) . Esto indicaría en una primera aproximación que hay menor cantidad de condensado circulando a través del calentador de eyectores. Si por el contrario D3 es negativo (-) y se comprueba que el caudal de condensado es el correspondiente a la carga del grupo esto es un claro índice de una anomalía en el funcionamiento del eyector.

1.4 - Detector de presión en el condensador. (D4) Este es un detector complementario que ayuda a verificar, en algunos casos, los anteriores. En efecto, una baja en el vacío en el condensador ( aumento de la presión absoluta ) puede provenir tanto de un ensuciamiento como de una entrada adicional de aire o un mal funcionamiento del eyector, es decir que éste es un estimador complementario que se analiza justamente con los otros. D4

PK

MM

PK

PK

R.

100

MM

2- Pruebas Complementarias - Otra forma de verificar la hermeticidad del condensador y el correcto funcionamiento del eyector o la bomba de vacío es cortando la aspiración de la mezcla aire-vapor y medir el aumento de presión absoluta por unidad de tiempo. Si esta operación se hace en condiciones normales, es decir , con el condensador limpio y sin entradas adicionales anormales, se puede trazar el “triángulo” de funcionamiento normal. Este “triángulo” servirá como base para la comparación del estado del condensador en cualquier condición de operación. Este método constituye un buen “detector” del estado del equipo. PK (mm Hg)

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t1

t2

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tiempo (min.)

El valor del ángulo nos da una idea acerca de la hermeticidad del condensador. La presión como máximo deberá subir 1 mm Hg por minuto ( Central de Barranqueras) una vez cortada la aspiración, si se sobrepasa este valor ( o sea un ángulo mayor al normal) indica una entrada adicional de aire. Este método, además nos permite hacer otra comprobación : Una vez restablecida la aspiración de aire por medio del eyector se grafica la ley de variación de la presión del condensador en función del tiempo y de esta forma se obtiene el ángulo , el que nos da una idea acerca de la capacidad del eyector. Si se observa que el ángulo disminuye respecto de un valor normal previamente establecido, la capacidad del eyector no es la suficiente para esas condiciones de trabajo. 3.- Análisis en conjunto de las detecciones. El análisis en conjunto de los detectores se hace mediante un cuadro o matriz de decisiones lógicas . En este análisis interesa principalmente el signo del detector. Su valor numérico debe tomarse solo como una estimación aproximada del apartamiento de las condiciones normales de funcionamiento. Debe aclararse que el valor porcentual así obtenido no representa el porciento de la falla ( ensuciamiento, entrada de aire, etc.) sino que es un valor índice, que luego debe estimarse su incidencia en base a la experiencia obtenida de su aplicación.

Detector Causa Ensuciamiento de la superficie intercambio Entrada adicional de aire Mal funcionamiento del eyector Mayor cantidad de vapor condensado Menor cantidad de vapor condensado

Matriz de decisión lógica D3 D4 Observaciones

D1

D2

(-)

0

0

(-)

(-)

0

(-) Verificar a diferentes cargas

(-) Complementar con pruebas de estanqueidad (-) 0 ó (+) (-) Verificar a diferentes cargas (+) (+) 0 ó (-) (-) Problemas en la turbina (+) (-) 0 (+) (+) Problema en turbina

4.- Condiciones de ejecución de las determinaciones. El valor comparativo de estas determinaciones depende mucho de la posibilidad de reproducir fielmente de un ensayo a otro las condiciones de funcionamiento del equipo. En primer lugar el grupo debe estabilizarse en la carga de prueba, recomendándose que la misma sea la nominal o lo mas próxima a esta como sea posible. La presión y temperatura de vapor de admisión deben ser las nominales, lo mismo que el caudal de agua de circulación, lo que se logra abriendo totalmente las válvulas de entrada y salida de agua de circulación.

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Los calentadores regenerativos deben estar en servicio no así el evaporador. El instrumental de ensayo debe ser el de operación normal del grupo previamente constatado con la ayuda de algunos termómetros de escala adecuada y manómetros a columna de Hg con una rama abierta a la atmósfera para medir la presión de la tercera extracción. Debe presentarse suma atención a las mediciones de temperaturas ya que éstas arrojan valores muy cercanos entre sí y sus diferencias son pequeñas pero de gran significación para el análisis de las detecciones, es por ello que en estos puntos conviene emplear termómetros de escala ampliada como ya se ha mencionado en el párrafo anterior. 5.- Periodicidad de las determinaciones e informes. Es conveniente realizar un número de determinaciones no inferior a 4 mensuales en el caso de los detectores y mensualmente realizar una prueba de hermeticidad. Los resultados así obtenidos se promediarán e informarán, también mensualmente, a los niveles correspondientes acompañando el informe mensual de desviaciones de ciclo, generador de vapor y planta, con los comentarios aclaratorios necesarios. APUNTE REALIZADO POR LA CÁTEDRA DE MÁQUINAS TERMICAS I Lic. Osvaldo Días Ing. Héctor Lorenzo...