Automatización para la mejora de la combustión en Calderas

Artículo gentileza de Honeywell Chile. • control.products2@honeywell.com

Durante años, la industria de la combustión ha buscado una solución efectiva para aumentar el ciclo de vida de sus equipos y mejorar su eficiencia sin dejar de lado la seguridad y con grandes ahorros.

En los últimos años, debido a los cambios climáticos y la escasez cada vez mayor de recursos naturales energéticos, se han creado programas de sustentabilidad del medioambiente, los que nos obligan a buscar alternativas para disminuir las emisiones a la atmósfera y reducir el consumo de combustibles. Dentro de la industria, tenemos diversos procesos que involucran calderas, incineradores, hornos, etc., y todos ellos tienen algo en común: un quemador. La Combustión Los quemadores requieren de tres elementos para encender: combustible, aire y una fuente de ignición. Los combustibles pueden presentarse en los tres estados de la materia: sólidos (carbón, madera, etc.), líquidos (petróleo pesado, diésel, etc.) y gaseosos (gas natural, gas LP, etc.). El aire puede ser proporcionado por el quemador para que se mezcle con el combustible antes de entrar a la cámara de combustión (aire primario) o puede ser mezclado después de que se introduce a la cámara de combustión (aire secundario). La ignición es agregar calor para que el combustible arda o reaccione con el oxígeno y encienda la flama. Existen diferentes formas de ignición: arco eléctrico, piezoeléctrica, etc. Cabe mencionar que la relación que debe existir entre el aire y el combustible varía en función del combustible empleado. Por ejemplo, para quemar un pie cúbico de gas natural en una buena proporción, se requieren 10 pies cúbicos de aire, pero si el combustible es gas LP, la proporción cambia a un pie cúbico de gas LP por 25 pies cúbicos de aire. De este modo, el quemador debe tener la capacidad para realizar estas mezclas y hacer una combustión adecuada. En la tabla 1, podemos ver tres casos sobre la relación aire-combustible. En el caso 1, se tiene la relación llamada “ideal” (10 pies cúbicos de aire por un 1 de gas), en la que se tiene el mayor aprovechamiento del combustible, lo que nos lleva a generar una menor cantidad de emisiones contaminantes a la atmósfera y a tener una mayor transferencia de energía. En el caso 2, cuando se tiene una mayor cantidad de aire que el “ideal”, se produce una baja eficiencia porque la rápida quema del combustible hace que la mayoría del calor se escape por la chimenea. En el caso 3 (exceso de combustible), éste no se quema completamente, lo que origina un desperdicio de combustible, así como una mayor cantidad de monóxido de carbono y hollín.   Figura 2. Objetivos del sistema. Sistema de lazo cerrado Como se puede observar, esos casos de exceso de aire o de combustible son la principal causa por la que se han ido desarrollando sistemas de combustión con mayor tecnología y con resultados que permiten a las empresas estar tranquilas y seguras de que cumplen con los más altos estándares de calidad ambiental. Como se observa en la figura 2, los nuevos sistemas de combustión permiten disminuir costos de combustible, energía eléctrica y la reducción de emisiones contaminantes a la atmósfera sin dejar a un lado la seguridad en la operación de la caldera. Entre las funcionalidades de los nuevos paneles de eficiencia de Combustión (como el que se puede ver en la figura 3), se hayan el control de falla de llama, control de relación aire-combustible y lazo cerrado de combustión (a través de celda de O2), control de velocidad del motor del quemador (VFD) y control PID (proporcional-integral-derivativo) en un solo panel pre cableado, listo para instalar y configurar sin necesidad de un PC externo. Figura 3. Vistas exterior e interior de un panel de control de combustión. Asimismo, existen modelos que incorporan pantallas táctiles, lo que reduce el tiempo de configuración, ya que maneja pantallas intuitivas para hacer del manejo del quemador una tarea fácil. Existe una gran flexibilidad para el acceso y realizar cualquier tipo de ajuste, generación de informes y reinicio de las funciones debidas a una alarma. De igual modo, cuentan con niveles de protección por contraseña e información de diagnóstico (historial de fallas, indicación en tiempo real de las variables del quemador, estado de los controles periféricos, entre otros). Beneficios de una plataforma moderna de control de eficiencia de combustible 1. Reducción de las emisiones contaminantes a la atmósfera. 2. Aumento en la eficiencia del quemador. 3. Mayor transferencia de energía. 4. Ahorros mayores al 3% en consumo de combustible y entre un 30% al 60% de energía eléctrica. 5. En capacidades mayores a 500CC, retornos de inversión menores a 1 año.