Bombas de alimentación de la caldera

La tarea de la bomba de alimentación consiste en equilibrar la cantidad de vapor suministrada por la caldera de vapor y también el agua perdida durante la purga de superficie y la purga de fondo con una cantidad adecuada de agua de alimentación. Para ello, el nivel de agua de la caldera de vapor se mantiene constante, permitiendo fluctuaciones dentro de un margen de unos 100 mm. Debido a la normativa que regula el funcionamiento de las calderas de vapor, se aplican requisitos especiales desde el principio en relación con el diseño de las bombas de alimentación de calderas, ya que la insuficiencia de agua en la caldera es una condición de funcionamiento crítica que debe evitarse sin falta

La norma EN 12953-6 no impone requisitos especiales en relación con el caudal de bombeo y la presión de impulsión siempre que se instalen dos indicadores de agua fiables de un tipo especial que desconecten la calefacción si el nivel de agua baja (LW) de la caldera está por debajo. Además, debe mantenerse una distancia mínima entre los conductos de humos más altos y la marca de agua baja de al menos 50 mm para garantizar que las superficies de calefacción no emerjan como resultado de la reevaporación debida a la energía térmica almacenada en los conductos de humos.

Dado que todas las calderas pirotubulares de Bosch cumplen estas condiciones, no se aplican requisitos especiales a las bombas de alimentación.

Además de las obligaciones derivadas de la normativa, las bombas de alimentación también deben cumplir los requisitos para un funcionamiento económico. Esto incluye mantener el nivel de agua en la caldera lo más constante posible y un caudal uniforme de agua de alimentación a través del economizador existente, de modo que el calor de los gases de combustión también pueda liberarse continuamente al agua de alimentación.

Asimismo, la potencia eléctrica para accionar las bombas debe mantenerse lo más baja posible y las pérdidas por estrangulamiento a través de las válvulas de control deben reducirse al mínimo.

Existen varios diseños de módulos de bomba para satisfacer estos requisitos. Las bombas utilizadas son bombas centrífugas verticales multietapa de alta presión con motor refrigerado por aire totalmente encapsulado. Las bombas con una potencia de accionamiento de hasta 22 kW pueden equiparse con un módulo inversor integrado para el control de la velocidad. Están especialmente diseñadas para su uso en calderas pirotubulares.

Mapa característico de la bomba y curvas características del sistema

Ahorro de energía

Como se requiere el mismo caudal para la bomba de velocidad controlada y para una bomba de encendido/apagado con válvula de control, el ahorro de energía sólo se consigue gracias a la menor presión de impulsión y no al menor caudal, como ocurre en los sistemas de agua caliente.

Por lo tanto, el ahorro de energía varía en función de la utilización de la capacidad y de la presión de funcionamiento real del sistema:

• En algunos puntos porcentuales con una mayor utilización de la capacidad y un funcionamiento a la presión configurada
• Hasta un 60 % durante el funcionamiento frecuente con una presión de funcionamiento reducida y una menor utilización de la capacidad

Control de velocidad

Debido al predominio de la contrapresión estática, el control de velocidad debe limitar la velocidad máxima y mínima de la bomba en función de la presión de la caldera y, por tanto, mantener el punto de funcionamiento actual dentro del rango del mapa característico de la bomba (zona resaltada en gris).

Una comparación entre los puntos 1 y 4 muestra lo difícil que es. Mientras que la bomba apenas suministra el caudal mínimo (punto 1) al 90% de la velocidad de la bomba con p_PL = 15 bar, ya suministra todo el caudal nominal de agua de alimentación (punto 4) a la misma velocidad con p_(B,on) = 12 bar.

La característica del sistema para la presión de funcionamiento reducida pm/2 lo demuestra de forma aún más contundente.

Valor NPSH (altura neta positiva de aspiración)

El valor NPSH indica la presión estática mínima en el puerto de aspiración de la bomba a la que no se produce cavitación. Este valor está predefinido por el diseño de la bomba, que depende del caudal y aumenta muy bruscamente con los caudales más altos. Por lo tanto, el rango a la derecha del caudal máximo de 4.9m³/h no puede utilizarse sin riesgo de dañar la bomba debido a la cavitación.

Módulo de bomba PM

Con el módulo de bomba, la bomba de alimentación de la caldera se monta en un soporte y se suministra de fábrica completamente montada con indicador de presión, válvulas de cierre, válvulas de filtro y válvulas antirretorno. Para garantizar la disponibilidad operativa del sistema de la caldera en caso de avería de la bomba de alimentación, se suelen instalar dos módulos de bomba con conmutación por avería.

Módulo de bomba con control de velocidad

Las bombas de alimentación también están equipadas con un módulo inversor. Como el control de frecuencia está adaptado al funcionamiento de la caldera, la velocidad del motor de la bomba puede regularse de forma continua. Esto modifica la curva de la bomba, lo que significa que el caudal de la bomba puede adaptarse a las condiciones de funcionamiento actuales de la caldera en lo que respecta a la presión de funcionamiento y el nivel de agua. Esto ahorra energía eléctrica de accionamiento, especialmente cuando la presión en la caldera es reducida y en carga parcial.

Esquema de un módulo de bomba con todas las válvulas

Módulo de bombeo y módulo doble

Beneficios:

• Costes de inversión especialmente bajos
• Costes de operación especialmente bajos
• La curva de la bomba puede adaptarse a diferentes presiones de funcionamiento
• Arranque suave y, por tanto, sin picos de presión al conectar y desconectar la bomba
• Menor riesgo de cavitación durante el funcionamiento gracias a los caudales más bajos

A considerar:

• La relación de control entre V_min a V_max ser al menos de 1:4
• Cuando se utilicen economizadores, el rango de control de frecuencia más pequeño de la bomba de alimentación debe cubrir siempre que sea posible el rango de control de carga parcial del quemador. En caso necesario, también puede combinarse una bomba de alimentación de velocidad controlada con una válvula de control del agua de alimentación.

Ejemplo y explicaciones de un mapa característico de una bomba de alimentación de caldera de velocidad controlada

Se utiliza como ejemplo una bomba de alimentación de caldera de velocidad regulada de una caldera equipada con economizador con m_S = 4,000kg/h de producción nominal de vapor y p_m = 13.3 bar de presión media de funcionamiento.

Módulo de bomba con/sin control de velocidad y control de alimentación

Si no se instala una bomba de alimentación de velocidad controlada, o si la bomba de velocidad controlada no puede cubrir el rango de control necesario, se recomienda un control modulante con el módulo de control de agua de alimentación RM para todas las calderas equipadas con quemadores modulantes e intercambiadores de calor de gases de combustión. El módulo garantiza tiempos de flujo más largos en el intercambiador de calor de gases de combustión y, por tanto, una recuperación óptima del calor de los gases de combustión de la caldera. Al mismo tiempo, también asegura la cantidad mínima necesaria para la refrigeración de la bomba de alimentación a través del módulo de control del agua de alimentación. El módulo premontado se utiliza en un lugar adecuado de la tubería de presión del agua de alimentación.

El módulo de control del agua de alimentación para la alimentación continua de la caldera consta de una válvula de control del agua de alimentación, una unidad de drenaje, un colector de suciedad y un bypass con sus correspondientes válvulas de cierre.

Esquema de un módulo de bomba y un módulo de control de agua de alimentación con todas las válvulas

Beneficios:

• Caudal mínimo seguro para la refrigeración de la bomba de alimentación
• Mayor eficiencia del intercambiador de calor de gases de combustión
• Reducción del número de operaciones de conmutación de la bomba
• Nivel constante del agua de la caldera