Enfoque en Generadores Auxiliares y Calderas
por: Mario Franceschini-Salom, C.E.M. & Jaime Suarez, MSME
Este blog está destinado a proporcionar información sobre el diseño de sistemas de bombeo de combustible, claves para que los generadores eléctricos de emergencia operen correctamente y estén disponibles ante un corte en el suministro eléctrico, que pudiese ser causado por factores externos a nuestro control como tormentas, huracanes y terremotos. El objetivo es proporcionar solo información introductoria y genérica.
Este blog se ocupa principalmente de los combustibles livianos como el diésel y el combustible No. 2, aunque muchos de los temas tratados son aplicables a combustibles más pesados.
El diseño de un sistema de transferencia de combustible liviano puede dividirse en cinco pasos:
1. Determinación del flujo requerido.
2. Determinación de la succión máxima de entrada.
3. Determinación de la presión de descarga requerida.
4. Diseño del sistema de tuberías del combustible.
5. Selección de la estrategia de control adecuada.
DETERMINACIÓN DEL FLUJO REQUERIDO
La determinación del flujo de bombeo máximo requerido depende de la aplicación y del sistema general de tuberías, pero debe determinarse como el primer paso en el diseño de todo el sistema de combustible. Para generadores eléctricos auxiliares se toma en consideración el flujo de diseño del motor y de igual manera con los quemadores de las calderas de vapor/agua. El “skid” de bombeo primario se considera el corazón del sistema, estos pueden tener opciones de redundancia y controles avanzados.
Aplicaciones de Day Tank y Generador Diesel
Los “day tank” se usan para cualquier aplicación en la que es deseable un pequeño “head” en la entrada del generador o quemador, y/o es deseable tener un suministro de combustible suficiente por un período de operación sin la disponibilidad de las bombas remotas de transferencia de combustible.
Los generadores diesel de emergencia se suministran con “day tanks” para proporcionar un período de operación sin depender de las bombas eléctricas del sistema de transferencia, para entregar combustible a los motores. En algunos casos, el “bypass” del inyector se devuelve al “day tank”.
Si todo el combustible no utilizado por el quemador o el motor se devuelve al “day tank”, el sistema de transferencia de combustible solo necesita reemplazar el combustible quemado. El tamaño de las bombas primarias se basará en el consumo real de combustible, el ciclo de trabajo deseado de la bomba y algún factor de seguridad para permitir el desgaste de la bomba y las contingencias imprevistas. Por ejemplo, suponga que un generador consumirá 25 galones por hora a plena carga nominal y se desea que las bombas funcionen solo el 25 por ciento del tiempo. El conjunto de transferencia debe estar equipado con bombas de 120 galones por hora para proporcionar un factor de seguridad del 20% además del factor de trabajo del 25%.
Figura 1. Múltiples "Day Tanks".
Para sistemas de múltiples “day tanks” conectados como se muestra en la Figura 1, el conjunto de transferencia se dimensionaría para cumplir con los requisitos totales de los generadores individuales como se describió anteriormente. Un “skid” de bombeo primario le puede suministrar combustible a varios “Day Tanks”.
DETERMINACIÓN DE LA SUCCIÓN MÁXIMA DE ENTRADA
Si bien algunas bombas de combustible son capaces de operar con 20 pulgadas de succión (mercurio), es una buena práctica mantener la succión en la entrada de las bombas por debajo de 15 pulg. Hg. A vacíos más altos (presiones absolutas más bajas) las bombas pueden cavitar como resultado de la vaporización del combustible y/o la expansión de cualquier aire que haya sido arrastrado en el combustible.
La presión disponible a la entrada de las bombas debe mantenerse por encima de 15 pulg. Hg. en términos absolutos. Esta presión consiste en la presión atmosférica disponible (30 pulg. Hg. Al nivel del mar en un día promedio) menos el “head” que debe superarse para llevar el combustible a la entrada de la bomba desde el punto más bajo del tanque y menos las pérdidas por fricción en la tubería, válvulas y accesorios entre el tanque y la bomba.
REQUERIMIENTOS DE PRESIÓN DE DESCARGA DE LA BOMBA
La presión requerida en la descarga del conjunto de la bomba será la presión requerida en el punto de uso más las pérdidas por fricción en la tubería que interviene, más cualquier “head” adicional que deba superarse.
En muchos casos, el “head” a superar representa el componente más grande del requerimiento de presión. Esto es especialmente cierto cuando el equipo que consume el combustible está ubicado cerca de la parte superior de un edificio de gran altura mientras el sistema de bombeo está en el sótano.
La regulación de la presión se logra mejor en o cerca del punto de uso con la instalación de una válvula reguladora de contrapresión. La Figura 1 ilustra la aplicación de una válvula reguladora de contrapresión a un sistema de varios “day tanks”. Esta válvula sirve para mantener la presión del “header” independiente de la cantidad de combustible que regresa.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS
Al diseñar todo el sistema de tuberías de combustible, algunos problemas claves merecen ser considerados. Como por ejemplo la posibilidad de arrastrar aire en el combustible debe eliminarse; se debe evitar la pérdida de “priming” del sistema; el restablecimiento del “priming” debe ser rápido y fácil; deben evitarse los “back-flows” (flujo en dirección opuesta) y los “over-flows” (sobrellenado); y los tanques deben estar adecuadamente ventilados.
ESTRATEGIAS DE CONTROL DEL SISTEMA DE BOMBAS
Una de las tareas más difíciles en el diseño de un sistema de manejo de combustible completamente integrado es seleccionar la estrategia de control. El sistema de control debe integrar el funcionamiento de los motores de la bomba, las válvulas automáticas, los dispositivos de advertencia y las interfaces del operador, como interruptores y luces.
La selección de la estrategia de control más adecuada para cualquier sistema de bombeo de combustible implica responder las siguientes preguntas:
1. ¿Funcionarán las bombas de forma continua o intermitente?
2. Si las bombas se inician automáticamente, ¿qué señal se utilizará para dirigir esto?
3. ¿Se desea alternar de manera automática las bombas del “skid” de bombeo?
4. ¿Debería la bomba de respaldo ponerse en línea automáticamente si es necesario?
5. ¿Hay válvulas automáticas para ser operadas por el sistema de control?
6. ¿Qué condiciones deberían dar lugar a la generación de una señal de alarma?
7. ¿Qué condiciones deberían causar el apagado del sistema de bombeo?
Las respuestas a estas preguntas son claves para diseñar un sistema de control con el objetivo de optimizar el rendimiento, la seguridad y la confiabilidad del sistema de manejo de combustible.
Muchas variables afectan el diseño de un sistema de bombeo de combustible y la lógica de control asociada. En MRF estamos listos para apoyarlos en la selección de la estrategia de manejo de combustible más adecuada para cada trabajo.