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 aceite) hacia la cámara de combustión en caso de que el incinerador, el horno, la caldera, el oxidizador térmico u otro equipo de calefacción se apaguen. Las válvulas de corte de seguridad de combustible pueden funcionar eléctricamente (motorizadas o solenoides) o neumáticamente, y son exigidas por los códigos y normas nacionales.

Otras características de la válvula: 

• Normalmente cerrada. 

• Sujeta a importantes pruebas de por vida. 

• Debe cumplir con los estrictos requisitos de estanquidad y fugas. 

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

• La mayor parte del tiempo, 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, entonces el accionamiento puede ser eléctrico, neumático (presión de aire + eléctrico), hidráulico (aceite presurizado + eléctrico).  

• Una válvula de corte automático es una válvula normalmente cerrada, lo que significa que el actuador es a prueba de fallos en posición cerrada (la mayor parte del tiempo utiliza un resorte de retorno), por lo que la válvula se cerrará automáticamente cuando se desenergice.   

Un componente de seguridad fundamental para los quemadores de combustión es la llamada “válvula de corte automático de seguridad”, la cual es una válvula de corte que se desenergiza cuando se detecta una condición insegura, asegurando que el caudal de combustible hacia el quemador está cerrado y seguro.  

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

• Una norma en la industria de los quemadores es instalar dos en línea para garantizar que, si uno falla o tiene fugas, el otro se encargue de poner el quemador en posición de apagado. 

1. Cuando se energiza, el vástago del actuador motorizado empuja el vástago de la válvula hacia abajo, abriendo la válvula.
2. Al perder potencia, el actuador libera su resistencia, un resorte en el actuador retrae el vástago del actuador y un resorte en la válvula hace subir el obturador, cerrando la válvula. 
3. Cuando se activa, la bobina atrae la tuerca que levanta el disco de la válvula, abriéndola. 
4. Cuando se desenergiza, la bobina ya no tira del disco hacia arriba, y el resorte puede entonces empujar el disco hacia abajo para cerrar 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 peligros de sistemas de combustión y calderas. 

• NFPA 86: Norma para hornos y hornos de estufa. 

• NFPA 87: Norma para calentadores de fluidos. 

• EN 676: Quemadores automáticos de tiro forzado para combustibles gaseosos. 

• EN 746-2: Equipo de termoprocesamiento industrial.

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

El BMS garantiza la seguridad de la puesta en marcha, el funcionamiento y el apagado de los quemadores.  

• A veces denominados sistemas de protección de la llama, el BMS arranca el quemador en la secuencia adecuada eliminando primero el gas de la cámara de combustión, encendiendo el piloto (si hay una llama piloto) y luego, abriendo la línea principal de combustible.  

• Durante el funcionamiento, el BMS monitorea la llama del quemador principal y cortará la alimentación a las válvulas de corte de seguridad cuando no se detecte la llama o si se detecta alguna condición insegura. Además, el BMS comprueba las condiciones operativas seguras en el momento de la puesta en marcha; si no se cumplen las condiciones, el BMS detendrá la secuencia de arranque y alertará al operador. 

El CCS consiste en equipos para controlar la relación combustible-aire y el índice de combustión. 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.

La relación de reducción de un equipo de calefacción es la relación entre la potencia calorífica máxima y mínima del equipo. Varía en función de la tecnología del quemador utilizada. Un quemador con una relación de reducción de 10:1 significa que puede funcionar con una potencia calorífica del 10 % de su máximo. La relación de reducción es importante para el mercado de equipos de calefacción; de hecho, tener una elevada relación de reducción 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 

• fueloil (diésel) 

• biodiésel 

• gas de hornos de coque

• biogás 

• hidrógeno 

• GLP (principalmente butano y propano) 

Algunos sistemas de combustión utilizan combustibles sólidos, como biomasa sólida o carbón; esos sistemas están diseñados de manera distinta y tienen reglas y desafíos diferentes que Emerson también puede ayudar a resolver.

La NFPA estipula los requisitos de cierre probado para las válvulas de corte de seguridad de combustible que pueden cumplirse de una de dos maneras.

El primero 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 corte de seguridad de combustible esté completamente cerrada antes de que puedan comenzar los ciclos de purga y encendido 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 probado 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 presostatos.  

• 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 fiable en caso de un apagado es efectuar pruebas de fuga anuales o más frecuentes. Debido a que los asientos de la válvula se desgastan con el tiempo, estas pruebas garantizan que el gas no tenga fugas a través de la válvula.

Las válvulas de Emerson para quemadores industriales incluyen una toma de presión específica para facilitar este procedimiento de prueba, lo que permite que la válvula permanezca instalada en la tubería durante las pruebas. Estas tomas de presión también facilitan la instalación de presostatos para la monitorización de límites de presión o la detección automática de fugas cuando se utilizan con un sistema de comprobación de válvulas.