Calculadora de Tasa de Fuga del Precalentador de Aire (APH)

Lo que llamamos fuga de APH (precalentador de aire) es, la mayoría de las veces, la filtración del flujo de aire presurizado hacia el lado de los gases de combustión. En los precalentadores de aire regenerativos, especialmente en los de tipo Ljungström con elementos rotativos, esto no es una situación desconocida. Cuando el rotor gira, los gases de combustión calientes pasan por un lado y el aire de combustión por el otro. Entre medio están los elementos de sellado, las placas sectoriales, las holguras radiales y axiales. A medida que aumentan las horas de operación, estas holguras cambian. A veces se desajusta el ajuste, a veces se desgasta el elemento de sellado, y a veces las condiciones de carga hacen que la medición parezca peor de lo que es.

Esta herramienta de cálculo se utiliza para encontrar aproximadamente la tasa de fuga observando los valores de O₂ o CO₂ en la entrada y salida del APH. Si se conocen directamente el caudal de aire de fuga y el caudal de gases de combustión, también se puede usar el método de caudal. En sistemas con lado A y lado B (2 precalentadores de aire en paralelo), se pueden comparar ambos lados por separado. Así, más que responder a la pregunta "¿hay fuga?", se aproxima a "¿qué lado parece más problemático?".

Correspondencia en campo de la fuga de APH

El aire que se escapa del sellado del APH parece un detalle menor en el rendimiento de la caldera, pero su efecto se siente en varios lugares. Cuando se mezcla aire adicional a los gases de combustión, el O₂ a la salida del APH aumenta y el CO₂ se diluye, es decir, disminuye. El ventilador de tiro inducido (ID fan) tiene que transportar un mayor volumen. Las velocidades en el lado de los gases de combustión cambian. Al calcular la eficiencia, los valores de oxígeno medidos pueden interpretarse de manera diferente a la real.

Si en la pantalla del DCS se observa que el O₂ después del APH aumenta en comparación con el O₂ antes del APH, una de las primeras sospechas es la fuga de aire del APH. Por supuesto, no es correcto hacer un diagnóstico directo. Podría ser que la línea de muestra tenga una fuga, la calibración del analizador se haya desviado, o la carga haya cambiado recientemente. Pero si el aumento de O₂ se observa de manera regular y repetible, es necesario revisar el lado del APH.

Para el lado del CO₂ existe una lógica similar. Como la mezcla de aire diluye los gases de combustión, el valor de CO₂ a la salida del APH disminuye. Algunas operaciones se basan en el O₂, otras hacen una verificación cruzada con el CO₂. Ver ambos juntos suele ser más cómodo; si uno no coincide con el otro, primero se sospecha de la medición.

Visualizar la dirección del flujo

Imaginemos una sección simple. Por un lado, los gases de combustión calientes entran al APH, transfieren su calor a los elementos del rotor y salen. Por el otro lado, entra el aire de combustión frío, se calienta y va hacia la caldera. Cuando la presión en el lado del aire es más alta, tiende a filtrarse hacia el lado de los gases de combustión por donde encuentra un hueco.

Mediciones e ingreso de datos

En la calculadora, primero debe seleccionar el método. Si se selecciona el método de O₂, se ingresan los valores de O₂ a la entrada del APH y O₂ a la salida del APH. Si se selecciona el método de CO₂, se usan los valores de CO₂ en los mismos puntos. En el método de caudal, se requieren el caudal de aire de fuga y el caudal de gases de combustión. En la comparación A/B, se escriben por separado los valores de O₂ de entrada y salida para el lado A y el lado B.

Aquí, el tema más crítico es la base de medición. Si el valor de O₂ de entrada es en base seca y el valor de O₂ de salida es en base húmeda, el resultado técnicamente no es válido. Lo mismo aplica para el CO₂. La calculadora no realiza automáticamente la conversión de base seca/húmeda; si ha tomado mediciones en una base determinada, debe ingresar ambos lados en la misma base. Esta advertencia puede parecer molesta, pero es uno de los aspectos que más afecta los resultados en campo.

Otro aspecto es la sincronización de las mediciones. Los valores de entrada y salida del APH deben representar la misma condición de operación. No es buena idea calcular la fuga con valores tomados mientras cambia la carga de la caldera, varía el O₂ o se mueve el damper del ventilador. Ver valores estables durante unos minutos es más confiable que una instantánea única.

Coeficiente de corrección

En los métodos de O₂ y CO₂, el coeficiente de corrección viene por defecto como 0,9. Este coeficiente puede considerarse como un factor de corrección utilizado en cálculos prácticos de campo. Puede cambiarlo según el procedimiento de la planta, notas de prueba o su propio criterio de aceptación.

Lo importante aquí es no "maquillar" el resultado con el coeficiente. Si el procedimiento dice 0,9, se usa 0,9. Si se define otro valor, se ingresa ese valor. En un cálculo que se va a reportar, se debe escribir claramente con qué criterio se seleccionó el coeficiente.

Métodos de cálculo

El método de O₂ es el control rápido más utilizado. Su lógica es la siguiente: si el O₂ a la salida del APH ha aumentado con respecto a la entrada, este aumento puede relacionarse con el efecto del aire de fuga. En el cálculo, la proporción de oxígeno en el aire se acepta prácticamente como 21.

El cálculo de O₂ se lee así:

Por ejemplo, supongamos que el valor de O₂ de entrada del APH es 2,8%, el valor de O₂ de salida es 5,7% y el coeficiente de corrección es 0,9. La diferencia de O₂ es de 2,9 puntos. Cálculo: \( \frac{2{,}9}{21 - 5{,}7} \times 0{,}9 \times 100 \). El resultado es aproximadamente %17,06.

No podemos decir que este valor por sí solo indique "tal pieza está defectuosa". Pero es bastante razonable decir que se debe realizar una verificación del sellado en el lado del APH.

Método de CO₂

En el método de CO₂ se utilizan los valores de CO₂ de entrada y salida. Como la mezcla de aire diluye el CO₂, el valor de CO₂ a la salida del APH disminuye. El cálculo se realiza relacionando esta disminución con el valor de CO₂ de salida.

Cálculo de CO₂:

Poniendo un ejemplo, si CO₂ entrada 14%, CO₂ salida 12%, coeficiente de corrección 0,9, el cálculo es \( \frac{2}{12} \times 0{,}9 \times 100 \). El resultado es %15.

Si el método de O₂ da alrededor del 17% y el método de CO₂ alrededor del 15%, estos dos valores pueden considerarse cercanos. Pero si uno dice 5% y el otro 25%, antes de culpar a la calculadora, es necesario revisar el sistema de muestreo. Puede haber condensación en la línea del analizador, una fuga, desviación de calibración o un punto de muestreo incorrecto.

Método de caudal

El método de caudal parece más directo: se divide el caudal de aire de fuga entre el caudal de gases de combustión y se convierte a porcentaje. Si el caudal de aire de fuga es 10 y el caudal de gases de combustión es 100, el resultado es %10.

Pero aquí es importante el tema de las unidades. Ambos caudales deben estar en la misma base. Si ambos están en Nm³/h no hay problema, pero si uno está en kg/h y el otro en m³/h, no se puede establecer una relación directa. Entran en juego correcciones de temperatura, presión y densidad. En teoría, el método de caudal es el más corto; en la práctica, a veces es lo más difícil obtener buenos datos de caudal.

Comparación A/B de O₂

La comparación A/B es especialmente útil en disposiciones de APH de dos lados. A veces la tasa de fuga total no da una alarma por sí sola, pero uno de los lados funciona notablemente peor. Esta diferencia proporciona una buena pista al equipo de mantenimiento.

Por ejemplo, supongamos que en el lado A el O₂ de entrada es 2,8%, el O₂ de salida es 5,7%. En el lado B, el O₂ de entrada también es 2,8%, el O₂ de salida es 4,5%. Con un coeficiente de corrección de 0,9, el lado A da aproximadamente %17,06, el lado B aproximadamente %9,27. La diferencia es de %7,79.

Con tal diferencia, entran en la lista de verificación el sellado radial del lado A, el sellado axial, el ajuste de la placa sectorial, la holgura del rotor o fugas locales en los conductos. Decir "el lado A está definitivamente defectuoso" sería demasiado fuerte; pero el lado A merece una inspección más detallada.

Interpretación de resultados

Si la tasa de fuga es baja, se considera que el precalentador de aire está más saludable. A medida que el valor aumenta, pueden verse afectados la carga del ventilador, el caudal de gases de combustión, la pérdida de calor y las interpretaciones de las mediciones. Sin embargo, no es correcto tomar una decisión definitiva basada únicamente en un valor porcentual. El mismo APH puede comportarse de manera diferente a distintas cargas. El ajuste del sellado puede cambiar en estado caliente o frío. La deformación del rotor o la acumulación de cenizas pueden afectar la medición.

Por lo tanto, el resultado debe leerse como una indicación, no como un diagnóstico. Un buen enfoque de campo generalmente procede así: primero verificar la medición, luego tomarla nuevamente en las mismas condiciones, luego comparar con O₂ y, si es posible, con CO₂, y finalmente pasar a la inspección mecánica. Si la medición no es correcta, se introduce al equipo mecánico innecesariamente dentro del APH; nadie quiere eso.

¿Qué valor se considera alto?

No hay una respuesta única para esta pregunta. El tipo de APH, el diseño de la caldera, la carga de operación y los valores de aceptación del fabricante son importantes. Sin embargo, en la práctica, a medida que aumenta la tasa de fuga, también aumenta el nivel de atención. Por eso, la nota de evaluación en la calculadora no debe leerse como un criterio de aceptación definitivo, sino como una advertencia rápida de campo.

Por ejemplo, un valor alrededor del 5% no se evalúa en la misma categoría que un valor alrededor del 17%. Cuando se ve un 17%, es razonable repetir la medición, verificar la diferencia A/B y revisar el sellado. Pero es necesario interpretarlo junto con el procedimiento de operación.

Si los resultados de O₂ y CO₂ divergen

Si los métodos de O₂ y CO₂ dan resultados muy diferentes, la primera sospecha debe estar en el lado de la medición. Puede haberse mezclado base seca/húmeda. Las mediciones de entrada y salida pueden no haberse tomado al mismo tiempo. Uno de los analizadores puede estar desviado. La sonda de muestra puede estar en un punto del conducto con poca representatividad.

En tal situación, antes de discutir el resultado del cálculo, es necesario discutir la cadena de medición. En el cálculo de fuga de APH, la calidad de los datos tiene más peso que la fórmula.

Notas breves de uso

En el cálculo de O₂, el valor de 21 debe considerarse como una aceptación práctica para la proporción de oxígeno en el aire. Algunas fuentes muestran 20,9; esta diferencia puede discutirse en pruebas de precisión. La fórmula de O₂ en esta calculadora funciona con la aceptación de 21. Lo importante es usar la misma aceptación de manera consistente e indicarlo en el informe.

No se debe mezclar base seca y base húmeda. Sé que este punto parece repetitivo, pero en el cálculo de fuga de APH es realmente donde se cometen más errores. Si el instrumento de medición da base seca, los valores de entrada y salida deben ingresarse en base seca. Si es base húmeda, ambos deben ser en base húmeda.

Si la fuga resulta alta, primero se verifica el dato. ¿El punto de medición es correcto? ¿El analizador está calibrado? ¿La carga es estable? ¿Los valores de O₂ y CO₂ representan el mismo período de tiempo? Si todo esto está limpio, se pasa a la inspección mecánica. Se examinan en orden el ajuste de los sellos, las holguras del rotor, las placas sectoriales, las conexiones de los conductos y las posibles fugas locales.

En resumen, el cálculo de la tasa de fuga de APH no consiste solo en generar un porcentaje a partir de unos pocos números. La fórmula es rápida; el verdadero trabajo está en asegurarse de que la medición sea confiable. Cuando se usa con datos correctos, proporciona una dirección bastante clara al equipo de mantenimiento: ¿hay una fuga general, o uno de los lados A/B parece más problemático?