8/16/2019 Control Básico de La Caldera

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Control básico de la caldera

Para poder desarrollar una aplicación de control adecuadamente esnecesario entender correctamente los objetivos del sistema decontrol. En el caso de las calderas de vapor existen tres objetivosbásicos:

•

Hacer que la caldera proporcione un suministro continuo devapor en las condiciones de presión y temperatura deseadas.

• Operar continuamente la caldera al menor coste de

combustibles manteniendo un alto nivel de seguridad.

• Arrancar y parar de orma segura! vigilar y detectar condiciones

inseguras y tomar las acciones necesarias para una operación

segura en todo momento.

"os dos primeros objetivos serán reali#ados por lo quetradicionalmente se conoce como sistema de control analógico!mientras que el tercero será labor del sistema de seguridades ymanejo de quemadores. $n diagrama básico de una caldera podr%a representarse como semuestra en la &igura.

En esta 'gura se pueden dierenciar dos sistemas distintos. El primeroser%a el sistema agua(vapor. En )l! el agua que se introduce en lacaldera es convertida en vapor! que sale de la caldera al recibir elcalor necesario mediante la transerencia de calor a trav)s del metalde los tubos. El segundo sistema es de combustible(aire(gases que esel que proporcionará el calor que se transmite al agua. En este sistema! el aire y el combustible se me#clan y queman en el*ogar. El *ogar suele estar ormado por paredes de tubos de agua

que reciben el calor radiante de la llama y es por tanto donde seproduce la máxima transerencia de calor. "os gases de combustión! como resultante de esta p)rdida de calor!se enr%an y abandonan el *ogar pasando a la #ona de recuperaciónde calor ormada por tubos de vapor en donde la llama ya no se ve yel calor se transmite por convección. +omo la transmisión de calordepende! entre otras cosas! de que exista una dierencia detemperatura! la temperatura de salida de los gases será siempre algo

superior a la temperatura menor del circuito agua(vapor.

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El sistema de control de una caldera es la herramienta

mediante la cual se consiguen los equilibrios de masa y de

energía de la misma ante las variaciones en la demanda de

los consumidores.

"a energ%a y la masa introducidas en la caldera deben ser reguladaspara conseguir las condiciones de salida deseadas. "as medidas delas variables del proceso darán al sistema la inormación necesariapara ello. En la &igura ,(- se muestra mediante un diagrama debloques el esquema general del control de una caldera. 

Esquema de control

básico

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esde el punto de vista del equilibrio energ)tico se debe generar unademanda de carga /de uego0! de la cual se generarán a su ve# lasdemandas de combustible y aire! que proporcionarán el aporte deenerg%a necesario para mantener el equilibrio respecto a la extra%da

en el vapor. El control de nivel será el encargado de mantener elequilibrio entre la masa saliente en orma de vapor y la entrante enorma de agua. "a temperatura del vapor será mantenida mediante elcontrol de temperatura de )ste! con su in1uencia! tanto en elequilibrio de energ%a como de masa.

 

En el sistema de control de una caldera! las dierentes variablesinteraccionan sobre los dierentes subsistemas. As%! la demanda de

carga in1uirá sobre la temperatura de vapor! el caudal de agua sobrela presión de vapor que a su ve# es la causante de la demanda decarga. Por lo tanto! todo el sistema debe ser coordinado yimplementado de orma que minimice los eectos de dic*asinteracciones! puesto que el propio dise2o del sistema las puedeaumentar.

 

"a primera consideración como consecuencia de lo anterior es en

donde se requiere un sistema multivariable o la#os simplesindependientes. En general! usaremos la#os de control simples enaquellas variables que no in1uyen! ni están in1uidas! por otrasexternas al la#o! como pudieran ser! la presión de suministro decombustibles! de conductos! etc.! siempre que sus valores deconsigna sean 'jos y no! unción de otras variables del sistema.

 

$saremos una estructura multivariable! por el contrario! cuando las

variables aectan o están aectadas por más de una variable medida omanipulada. En este caso! un sistema cuyas acciones son tomadas enparalelo está generalmente menos interaccionado que uno que lastoma en serie. $n ejemplo de esto ser%a el control de combustión enel cual la cantidad de aire y combustible se modi'can a la ve# enlugar de una tras de otra! en cuyo caso una perturbación en laprimera variable se propaga en la segunda perturbando está yviceversa.

 

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Otra regla general de implementación será el uso de circuitos decompensación de orma que las perturbaciones en las variables noaecten al proceso. $n ejemplo de esto ser%a la compensación seg3nlos combustibles que se est)n usando! de orma que la puesta enservicio de un nuevo combustible no modi'que el combustible totalque se introduce en el *ogar.

 Aunque los la#os de control tienen de alguna orma tiempos muertos!en la mayor%a de los casos se puede asumir que una respuesta deprimer orden es adecuada para anali#ar el comportamiento de losla#os de una caldera. +on esta premisa! las constantes de tiempopara las distintas variables podemos asumirlas como:

( +audal. 4egundos

( +a%da de presión. 4egundos

( 5ivel. e segundos a minutos.

( Aumento de presión. 6inutos.

( 7emperatura. 6inutos.

( Presión en l%quidos. 6ilisegundos a segundos.

 

Otro actor a tener en cuenta en el dise2o del sistema de control! es

la intererencia de los ruidos en el sistema! ya sean ruidos en lasmedidas o en el proceso. $n ejemplo del primer caso ser%a el ruidot%pico en la medida de un caudal! y del segundo la pulsación que seproduce en el *ogar. ependiendo de la relación entre el ruido y lamedida en s%! puede *acerse necesario la implementación de alg3ntipo de 'ltrado! aumento en la calibración de los transmisores! etc.

Agua de alimentación de la caldera

El agua de alimentación de la caldera se utili#a para producir vapor."a presión del vapor /8.9 ( -88 bar0 determina la temperatura y lacapacidad energ)tica! pero tambi)n la calidad del agua dealimentación.

"a regla general expone que cuanto más alta sea la presion! másestricta deberá ser la calidad del agua de alimentacion de la caldera.

Algunos problemas causados por las impure#as en el agua dealimentación son:

•

&ormación de costras• +orrosión

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• Priming /ormación de burbujas de aire0• Ad*erencia del vapor al cilindro /de minerales volátiles0

Algunos parámetros importantes del agua de alimentación son:

• pH• ure#a• +oncentración de ox%geno y del dióxido de carbono

• 4ilicatos• 4ólidos disueltos• 4ólidos suspendidos• +oncentración de materia orgánica

"as instalaciones que producen el agua de alimentación de la caldera usanun surtido de tratamientos de agua tales como:

• smosis inversa• ;ntercambio iónico• osi'cación qu%mica