Una innovadora compañía energética de Minnesota ha eliminado la laboriosa limpieza con chorro de aire que se utilizaba para limpiar ceniza de biomasa de las paredes de calderas mediante la instalación de varios cañones de aire de alta potencia para retirar las acumulaciones y restaurar el flujo del proceso. La red de cañones de aire en Koda Energy (Shakopee, MN) ayuda a la instalación a evitar los cierres diarios y las horas de mantenimiento que requiere la limpieza manual y permite que la instalación funcione a su máxima capacidad. El sistema de Martin Engineering está programado para disparar con un patrón preestablecido y está completamente automatizado, pero puede ser disparado manualmente si puede verse la acumulación a través de los puertos.

“El flujo eficiente de material es un elemento vital de la fabricación de cemento de proceso seco y la acumulación o los bloqueos pueden disminuir en gran medida la rentabilidad de una planta”, explicó el técnico de servicio James Millis de Martin Engineering. “La acumulación de ceniza en las paredes de los hornos y de los tubos ahoga el proceso, degrada el rendimiento del equipo y genera posibles riesgos de seguridad durante la limpieza”.

La planta que combina calor y potencia de Koda quema aproximadamente 500 toneladas de combustible de biomasa todos los días para generar la capacidad de 24 MW por hora. La planta es una asociación entre Rahr Malting Company (RMC) y Shakopee Mdewakanton Sioux Community (SMSC) y se encuentra ubicada en una ubicación ideal, junto a la maltería en donde cuenta con un suministro constante de combustible de biomasa que está rápidamente disponible.

La planta generadora utiliza combustible de biomasa en su totalidad en una caldera de biomasa de alta presión McBurney que produce 99,790 kilos de vapor por hora. La electricidad generada por las turbinas es utilizada tanto por la planta de Koda Energy como por la planta adyacente de Rahr Malting.

Aproximadamente la mitad de la potencia generada se vende a Xcel Energy, mientras que el calor de desecho de la caldera se recicla de vuelta a Rahr, reemplazando de este modo el gas natural utilizado previamente en el proceso de malteado.

Cuando las cuadrillas de mantenimiento observaron una gran cantidad de acumulación al comienzo de la vida operativa de la planta, resolvieron primero el problema usando un aditivo combustible especial que pretendía reducir las incrustaciones del horno, pero los resultados fueron decepcionantes. “Llegamos a la conclusión de que el método del aditivo era caro y muy ineficiente”, afirmó Stacy Cook, ingeniero principal y vicepresidente de operaciones de Koda.

En vez de este método, la compañía comenzó a utilizar técnicas manuales de limpieza con chorro de aire. Este método tuvo más éxito en eliminar la ceniza pero requería que se detuviera diariamente el trabajo para completar un proceso que llevaba mucho tiempo. “La limpieza diaria con chorro de aire eliminó la acumulación y nos ayudó a mantener nuestro máximo rendimiento pero no era posible llegar hasta todas las áreas de la caldera”, continuó diciendo Cook.

“También afectó nuestro programa de producción y generó un posible riesgo de seguridad para el personal de la planta”, dijo. “Para peor, estábamos considerando la posibilidad de cerrar mensualmente la planta para efectuar una limpieza a fondo de la caldera”.

Una solución neumática

Durante la visita de Martin Engineering para evaluar el uso de los cañones de aire en otra parte del proceso, Cook inspeccionó el problema de las incrustaciones y preguntó si la tecnología podría ser útil para evitar la acumulación de ceniza en las paredes y en las tuberías de la caldera. “Decidimos probar los cañones de aire para limpiar primero esas áreas que eran inaccesibles con el chorro de aire”, explicó Cook. “Pensamos que sería una buena forma de determinar cuán eficaz podía ser para esta aplicación”.

La instalación inicial dio buenos indicios de eliminar la limpieza manual con chorro de aire y junto a los técnicos de Martin Engineering, Koda desarrolló un plan para expandir el sistema del cañón de aire. Durante el curso de tres cortes planificados para mantenimiento, los equipos de Martin Engineering instalaron un total de 12 cañones de aire Martin^® Hurricane Supreme.

La tecnología del cañón de aire fue presentada por Martin Engineering en 1974 y desde entonces ha dado demostradas pruebas en todo el mundo de aliviar los bloqueos causados por la acumulación de material en contenedores del proceso y de almacenamiento de alta capacidad.

El cañón de aire Hurricane es un diseño de válvula interna de acción positiva de Martin Engineering que fue desarrollado especialmente para prestar la máxima fuerza desde la circulación de aire muy directa con mínimo consumo de aire y ocupando un espacio pequeño. Al producir más potencia con menos aire, utiliza un depósito pequeño que a su vez le permite al cañón Hurricane caber en espacios más pequeños.

Al activar la válvula solenoide, se envía una señal de presión positiva a la válvula de escape del cañón Hurricane que causa su accionamiento y la liberación de la presión que retiene el pistón. El pistón es forzado instantáneamente retroceder por la presión de aire almacenada en el tanque y el chorro de aire es dirigido entonces a través de la tobera, hacia dentro de la caldera.

Como se enciende solo en respuesta a una corriente de aire positiva enviada por la válvula solenoide, la válvula Hurricane no se descargará accidentalmente en respuesta a una caída de presión como la que podría ocurrir si hubiera una falla en el suministro de aire o una tubería rota. La válvula especialmente diseñada permite que el solenoide de control se coloque a una distancia de hasta 200 pies (60 m) del tanque, para mantener los solenoides lejos de los entornos de trabajo rigurosos y las condiciones de servicio difíciles.

“Antes de que instaláramos el sistema del cañón de aire, teníamos que limpiar manualmente con chorro de aire la caldera todos los días para mantener una transferencia adecuada de calor en los tubos de las paredes”, continuó Cook. “Desde que completamos la instalación, pudimos mantener el máximo rendimiento de la caldera sin necesidad de realizar ninguna limpieza con chorro manual”, dijo. “Esto nos permitió mantener limpias las superficies de las paredes de la caldera y evitar los requisitos de mano de obra y los posibles peligros asociados con la limpieza con chorro manual. Ahora podemos utilizar el sistema a su máxima capacidad sin los efectos negativos que producían las incrustaciones en la caldera.”

Esta operación tuvo tanto éxito que la Asociación de Alta Tecnología de Minnesota designó a General Mills y a Koda Energy como finalistas en la categoría Colaboración en Innovación del Año para la entrega de premios Tekne de 2010. Los premios Tekne se entregan a las compañías y a las personas de Minnesota que demuestran tener innovación superior en tecnología y liderazgo.

“Si los problemas de flujo son muy graves, pueden detener totalmente las operaciones hasta que se corrigen,” agregó Millis. “Si bien muchas plantas todavía usan técnicas manuales para eliminar la acumulación en las calderas, el costo del trabajo y las interrupciones de la producción han llevado a muchas plantas a investigar métodos más efectivos de lidiar con este tipo de problemas”, dijo.