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Cap 3.2 Controles auxiliares de una caldera

03 Diciembre 2009

3.2.1    Control de presión del fuel oil

 

Objetivo

El objetivo de este lazo es mantener la presión del suministro de fuel oil en su valor adecuado. El mantener la presión correcta en el suministro del fuel oil será un elemento necesario para poder realizar un control de caudal, de acuerdo con la demanda de carga, satisfactorio.

Filosofía del control

 

La presión de impulsión de las bombas de suministro de fuel oil es variable en función del caudal que están suministrando. Dicho caudal a su vez dependerá lógicamente del consumo.

 

Para conseguir que esta presión se mantenga constante independientemente del caudal suministrado se regulará el retorno de combustible al tanque de almacenamiento, de forma que este caudal variable compense las variaciones del caudal de suministro a los quemadores. Para ello utilizaremos un control PI simple como el de la Figura 3-2. Si la presión aguas abajo de las bombas sube, la válvula de retorno abrirá en orden a  reducirla y viceversa.

 


3.2.2    Control de temperatura del fuel oil

 

Objetivo

El objetivo de este lazo es mantener la temperatura del fuel oil en el valor deseado. El mantener una temperatura adecuada en el suministro del fuel oil permitirá mantener la viscosidad de éste dentro de un rango de trabajo imprescindible para su correcta atomización, que proporcione una combustión óptima.

 

Filosofía del control

Para adecuar la temperatura del fuel oil a su nivel de trabajo se colocan a la salida de las bombas unos calentadores de vapor. Mediante la variación del caudal de vapor a través de los calentadores se conseguirá una mayor o menor transferencia de calor que hará controlable la temperatura del fuel oil ante variaciones en el caudal de suministro. El lazo sería un PI simple como el que se muestra en la Figura 3-3.

 

Figura 3-2. Control de presión del fuel oil

Figura 3-2. Control de presión del fuel oil

Figura 3-2. Control de presión del fuel oil


Figura 3-3. Control temperatura fuel oil

Figura 3-3. Control temperatura fuel oil

 

 

Si la temperatura de vapor aguas abajo del calentador sube, la válvula de suministro de vapor cerrará en orden a reducir el caudal al calentador y reducir el calentamiento, y viceversa.

 

Pudiera darse el caso de que el suministro del combustible líquido sea variable en su composición de forma continua y que pueda modificar su viscosidad para una temperatura dada. En este caso, si el sobrecoste está justificado por el consumo o lo crítico de la instalación se puede usar un control PI+PI en cascada como el de la Figura 3-4, en donde la viscosidad será la variable primaria y la temperatura la secundaria. De esta forma, las variaciones de la viscosidad provocarán la modificación del punto de consigna de la temperatura necesaria para mantener la viscosidad requerida. Si la viscosidad baja la salida de su controlador bajará en orden a reducir la consigna del regulador de temperatura que cerrará la válvula de vapor, al igual que en el caso de que la temperatura supera la requerida.

 

Figura 3-4. Control en cascada de temperatura del fuel oil

Figura 3-4. Control en cascada de temperatura del fuel oil

 

 

Enclavamientos

 

Cuando el controlador secundario está en manual o en modo local (si existe) el primario debe estar en manual. Otra opción es mantener el controlador primario en modo seguimiento de forma que su salida sea igual a la variable de proceso del secundario, de forma que el paso a automático o a consigna remota del secundario haga entrar en control directamente al primario.

 

Si el primario está en manual el secundario se pasará o no a manual dependiendo si se permite o no el control con consigna local en el secundario.

 

 

3.2.3   Control de presión del vapor de atomización

 

Objetivo

El objetivo de este lazo es mantener la presión del vapor de atomización en un valor adecuado. El mantener la presión adecuada permitirá asegurar que la atomización del combustible líquido es correcta para el rango de funcionamiento de éste, lo que es imprescindible para una combustión óptima.

 

Figura 3-5. Control de presion del vapor de atomizacion

Figura 3-5. Control de presión del vapor de atomización

 

 

Filosofía del control

 

Para poder mantener la presión del vapor en su punto de consigan se dispondrá de una válvula de control en la línea de aportación de vapor a los quemadores. Para una correcta atomización, normalmente, se debe mantener una presión diferencial vapor/fuel oil constante. Para ello utilizaremos un control PI simple como el que se indica en la Figura 3-5.

 

Figura 3-6. Control de presión del vapor con consigna variable

Figura 3-6. Control de presión del vapor con consigna variable

 

En algunas ocasiones podemos encontrarnos el caso de que la diferencial varía para las distintas cargas del combustible. En este caso, la consigna de presión vendrá dada en función de la presión del combustible (Figura 3-6).

 

 

3.2.4   Control de presión del desgasificador

 

Objetivo

 

El objetivo de este lazo es mantener la presión en el desgasificador en un valor adecuado. El mantener la presión adecuada permitirá asegurar que el agua de aportación a la caldera está libre de gases disueltos que pueden provocar graves corrosiones en ella.

 

Filosofía del control

 

Para mantener el tanque del desgasificador a la presión deseada se instala una válvula de control de vapor en la entrada de la parte de desgasificación. Este vapor se mezcla con el agua introducida en forma pulverizada llevándola a la temperatura de saturación del tanque, lo que nos asegura la liberación de los gases disueltos. El control de dicha presión se realizará mediante el lazo PI simple de la Figura 3-7. En él si la presión en el desgasificador sube la válvula cerrará aportando menos vapor y reduciéndose consecuentemente la presión, y viceversa.

 

Figura 3-7. Control de presión del desgasificador

Figura 3-7. Control de presión del desgasificador

 

 

3.2.5   Control de nivel del desgasificador


Objetivo

 

El objetivo de este lazo es mantener en el desgasificador el nivel deseado. El mantener dicho nivel asegura un suministro continuo de agua a la caldera ante diferentes condiciones o variaciones en la demanda y una presión adecuada en la aspiración de las bombas de agua de alimentación que garantiza su correcto funcionamiento.

 

Filosofía del control

 

Para mantener el nivel del tanque del desgasificador en su valor deseado se dispone de una válvula de control en la aportación de agua al mismo. Mediante la aportación de más o menos agua mantendremos constante el nivel en el punto deseado. Para ello se suele utilizar el control PI simple de la Figura 3-8. En él, al aumentar el nivel se cierra la válvula para disminuir la aportación y viceversa.

 

Figura 3-8. Control de nivel del desgasificador

Figura 3-8. Control de nivel del desgasificador

 

 

En instalaciones en donde las producciones son altas y existen variaciones de carga amplias y frecuentes, se suele usar un diseño de lazo de tres elementos como en el que indica en la Figura 3-9. Con este diseño se tiene en cuenta el equilibrio entre la masa de agua aportada y extraída además de la consigna de nivel deseado.

 

Así, el caudal de agua de alimentación (extracción del desgasificador) se utiliza como índice de la posición de la válvula de aportación de agua/condensado al desgasificador, usándose el error en el nivel como corrección de dicha posición.Esta configuración la veremos más adelante como estrategia de control en el nivel del calderín.

 

Figura 3-9. Control de nivel del desgasificador a tres elementos

Figura 3-9. Control de nivel del desgasificador a tres elementos

 

En aquellas calderas utilizadas para la generación de energía en las que el agua de aportación al desgasificador se toma del circuito de condensados, siendo el agua de aportación al sistema introducida en el condensador, suelen usarse otras estrategias en las que el control de la válvula de agua al desgasificador usa como variable de proceso no sólo el nivel del desgasificador, sino también el nivel del condensador, como se representa en la  Figura 3-10.

 

Esta estrategia se basa en el hecho de que al sustraer la aportación al desgasificador del circuito de condensados, ésta tiene que tener en cuenta el nivel existente en el condensador a fin de introducir las mínimas perturbaciones en él que pueden ocasionar modificaciones en su nivel de vacío.

 

Figura 3-10. Control de nivel del desgasificador de dos elementos

Figura 3-10. Control de nivel del desgasificador de dos elementos

 

Enclavamientos

 

Cuando el controlador secundario está en manual o en modo local (si existe) el primario debe estar en manual. Otra opción es mantener el controlador primario en modo seguimiento de forma que su salida sea igual a la variable de proceso del secundario, de forma que el paso a automático o a consigna remota del secundario haga entrar en control directamente al primario.

 

Si el primario está en manual el secundario se pasará o no a manual dependiendo si se permite o no el control con consigna local en el secundario.

 

 

3.2.6   Control de la purga continua

 

Objetivo

 

El objetivo de este control es mantener la conductividad del agua de caldera en su nivel deseado. El mantener la conductividad en unos niveles óptimos evitará la formación de depósitos o arrastres de sólidos en el vapor que pueden ocasionar serios perjuicios tanto a la caldera como a los consumidores del vapor de ésta.

 

Filosofía del control

 

Para mantener los sólidos disueltos en el agua a un nivel aceptable, se dispone de una extracción en la parte baja del calderín de forma que parte de este agua se circula hacia un tanque de purga continua. Una forma de encarar este lazo es mediante un control de tres posiciones basándose en la conductividad medida según se muestra en la Figura 3-11.

 

Figura 3-11. Control de conductividad de tres posiciones

Figura 3-11. Control de conductividad de tres posiciones

 

La válvula de purga se mantendrá habitualmente en una posición de servicio. Cuando la conductividad medida excede los límites deseados la válvula se llevará a una posición superior al objeto de aumentar la purga. Cuando la caldera está disparada la válvula se mantendrá cerrada. Al arrancarse la caldera, la válvula pasa inicialmente a su posición abierta y tras un tiempo en ella, y con la conductividad por debajo del valor fijado, se mueve a la posición de servicio.

 

La cantidad de purga de una caldera viene fijada normalmente como un porcentaje del caudal de agua de alimentación. Por este motivo, a fin de desperdiciar la mínima energía en calderas de variaciones de carga frecuentes, se puede diseñar el lazo para que trabaje de forma continua usando el caudal de agua como índice de la posición de la válvula de purga, como se muestra en la Figura 3-12.

 

Figura 3-12. Control de conductividad de dos elementos

Figura 3-12. Control de conductividad de dos elementos

 

La válvula de control se sitúa en una posición calculada de acuerdo con la aportación de agua de alimentación. El error en la conductividad actúa como corrección de dicha posición.

 

 

3.2.7   Control del nivel del tanque de purga continua

 

Objetivo

 

El objetivo de este control es mantener el nivel en el tanque de purga en el valor deseado. Al mantener el nivel en su rango de operación se mantiene un sello de agua adecuado por un lado y por otro se asegura la correcta descarga de la purga en el tanque.

 

Filosofía del control

 

Para mantener el nivel del tanque de purga en su valor deseado se dispone de una válvula de control en la extracción de agua al mismo. Mediante la extracción de más o menos agua mantendremos constante el nivel en el punto deseado. Para ello se usa el control PI simple de la Figura 3-13.

 

Figura 3-13. Control de nivel del tanque de purga

Figura 3-13. Control de nivel del tanque de purga

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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