republ ica bolivariana de vene zuela … · ... y acepta la tutoría del mencionado proyecto...

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD JOSE ANTONIO PAEZ

AREA DE ESTUDIO DE POSTGRADO

AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL

PROPUESTA DE UN SISTEMA DE CONTROL

AUTOMTICO PARA LA REGULACIN DE

TEMPERATURA EN EL PRECALENTAMIENTO

DEL COMBUSTIBLE LIQUIDO USADO POR LA

CALDERA DE LA UNIDAD GENERADORA

NRO. 1 DE PLANTA CENTRO

Proyecto de Trabajo de Especializacin para optar al Grado de Especialista.

Autor: Ing. Roberto Manuel Braz M.

Tutor: Ing. Jos Gregorio Daz

San Diego, Junio 2014

ACEPTACION DEL TUTOR

Quien suscribe, hace constar que ha ledo el Proyecto del Trabajo de Especializacin

presentado por el ciudadano Roberto Manuel Braz Mora, portador de la cdula de

identidad N 11.399.377, titulado Propuesta de un Sistema de Control Automtico para

la Regulacin de Temperatura en el Precalentamiento del Combustible Liquido Usado

por la Caldera de la Unidad Generadora Nro. 1 de Planta Centro, presentado como

requisito parcial para optar al Grado de ESPECIALISTA EN AUTOMATIZACIN

INDUSTRIAL, y acepta la Tutora del mencionado Proyecto durante su etapa de

desarrollo hasta su elaboracin y evaluacin; segn las condiciones de la Direccin General

de Estudios de Postgrado de la Universidad Jos Antonio Pez y sus correspondientes

Reglamentos.

En San Diego, a los Dos das del mes de Junio del ao dos mil catorce.

Ing. Jos Gregorio Daz

Nombre y Apellido

C.I. N.3.922.015

INDICE

Pg. i i ii iii

LISTA DE TABLAS..... LISTA DE FIGURAS........ RESUMEN INFORMATIVO... INTRODUCCION.....

CAPITULO 1 El Problema..

Planteamiento del problema Objetivos.. Objetivo General.. Objetivos Especficos.. Justificacin......... Alcance y Delimitacin...

Marco Terico...... Antecedentes de la Investigacin.... Fundamentos tericos..

Marco Metodolgico Tipo de Investigacin..

Diseo de la Investigacin. Tcnicas de Recoleccin y Anlisis de Datos. Procedimiento Metodolgico..

Presentacin y Anlisis de Resultados del Diagnstico de la Situacin Actual...

Diagnstico de la Situacin Actual. Conclusiones del Diagnstico. Recomendacin del Diagnstico.

Presentacin del esquema usado y otros que puedan ser implementados Esquema realimentado Simple

Esquema en cascada (Viscosidad) realimentado (Temperatura combustible) Esquema de control Retroalimentado con Prealimentacin Esquema de control realimentado con control de rea de transferencia en el intercambiador.. Esquema de control realimentado con control de rea de transferencia en el intercambiador y en la entrada de vapor al mismo Estudio de la Factibilidad Tcnica y Operativa... Factibilidad Tcnica Factibilidad Operativa.

1 1 3 3 3 3 4 5 5 6 14 14 15 16 16

2

3

4 17 17 19 20 21 21

5

22 24

25

27 29 29 31

Diseo del esquema de control automtico a ser implementado en el sistema de precalentamiento del combustible lquido..

Esquema de control a Implementar. Descripcin del programa Instrumentos Cajas Cables.. Tarjetas Electrnicas... Componentes que intervienen en el sistema Lazos de instrumento.. Pantallas en la Estacin de Operacin.

Conclusiones y Recomendaciones...

Conclusiones

Recomendaciones

6 32 32 33 36 37 37 40 41 42 44

45

45

46 47 49

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA....... ANEXOS...

Anexo 1 Anexo 2 Anexo 3 Anexo 4 Anexo 5

Diagrama Simplificado Del Programa Lgica de Control Tabla De Interconexin De Cable Lazos de Control Pantalla de Operacin 1NM12EJ003

LISTA DE TABLAS

Pg. TABLAS

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Resumen situacin actual precalentadores de combustible Listado de Planos de Lgica de Control. Listado de Instrumentos. Listado de Cajas. Listado de Cables... Listado de Tarjetas. Listado de Componentes Listado de Lazos de Instrumentos.. Listado de Pantalla.

18 34 36 37 38 41 41 43 44

LISTA DE FIGURAS FIGURA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Intercambiador de Calor..... Sistema de control del intercambiador de calor. Esquema de sistema actualmente instalado. Curva Caracterstica de la PT100 Diagrama de Bloques de la RTT 750.. Diagrama de Bloques de la ASX 740.. Diagrama Esquemtico de la EPX 749... Esquema General del Proceso. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado.. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado en Cascada... Esquema de un Control de Temperatura Realimentado con Prealimentacin....... Esquema de control de nivel de condensado,.. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado con Control del rea de Transferencia. Esquema de control de nivel de condensado y vapor de entrada.. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado con Control del Vapor de Entrada y rea de Transferencia..... Esquema General del Sistema a Implementar.

7 7 9 9

11 12 13 18 22 23

25 25 12

13 27 28 14

15 29 32 16

i

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD JOSE ANTONIO PAEZ

AREA DE ESTUDIO DE POSTGRADO

AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL

PROPUESTA DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO PARA LA

REGULACIN DE TEMPERATURA EN EL PRECALENTAMIENTO DEL

COMBUSTIBLE LQUIDO USADO POR LA CALDERA DE LA UNIDAD

GENERADORA NRO. 1 DE PLANTA CENTRO

Autor: Ing. Roberto Manuel Braz M. Tutor: Ing. Jos Gregorio Daz

Fecha: Junio, 2014.

RESUMEN INFORMATIVO

El presente trabajo especial de grado tiene como finalidad, desarrollar la propuesta de un sistema de control automtico para la regulacin de temperatura en el precalentamiento del combustible lquido usado por la caldera de la unidad generadora Nro. 1 de Planta Centro, cuya base conceptual se fundamenta en los postulados de los sistemas de control modernos, aplicados a un intercambiador de calor, por lo que se usar un esquema de control en el que estar presente el clsico control realimentado ms una prealimentacin y de esta manera lograr minimizar los efectos de las perturbaciones ms importantes en el sistema. La metodologa empleada est basada en la de Proyectos Factibles, apoyndose en una investigacin documental. Entre los logros que se espera conseguir se puede mencionar, un control ms eficaz de la temperatura del combustible lquido a ser usado en los quemadores de la caldera y por lo tanto una mejor combustin dentro del hogar de la misma, disminuyendo as los riesgos de que en el proceso de combustin queden residuos de combustible no quemados, por lo que se espera que el sistema de quema de combustible lquido de la caldera de la unidad N 1 sea completado y pueda ser usado de manera segura y confiable.

Descriptores: Sistema de control, intercambiador de calor, esquema de control, realimentado, prealimentado.

ii

INTRODUCCION

El presente trabajo especial de grado, busca cumplir con los requisitos necesarios, para

obtener el Grado de ESPECIALISTA EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL. Es por

ello que se entregan los siguientes seis captulos para demostrar la viabilidad del proyecto

de grado.

Este trabajo se desarroll en la Planta Termoelctrica del Centro (Planta Centro),

empresa perteneciente a la Corporacin Elctrica Nacional, la cual se dedica a la

generacin de energa elctrica.

Particularmente, se desarroll una propuesta de un sistema de control automtico para

la regulacin de temperatura en el precalentamiento de combustible lquido usado por la

caldera de la Unidad Generadora Nro. 1 de Planta Centro, para mejorar el instalado

actualmente y con ello afectar directamente la confiabilidad en la generacin de energa

elctrica usando combustible lquido.

A continuacin se resume el contenido de los seis captulos que conforman el trabajo.

Captulo I: Se presenta el planteamiento del problema, el objetivo general as como los

especficos, justificacin y el alcance y delimitacin del trabajo.

Captulo II: Se presentan algunos antecedentes y los fundamentos tericos del trabajo.

Captulo III: Se expone el marco metodolgico, en donde se seala el tipo y diseo de

la investigacin que se desarrolla en el trabajo, las tcnicas de recoleccin y anlisis de

datos, culminando con el procedimiento metodolgico.

Captulo IV: Se sealan los resultados obtenidos de la evaluacin actual del sistema

instalado, adems, se hace una recomendacin partiendo de esta situacin.

iii

Captulo V: Se hace una evaluacin de los sistemas ms comnmente usados para

realizar el control indicado, se evalan sus ventajas y desventajas, lo cual servir como

antesala a la seleccin del nuevo esquema de control a usar.

Captulo VI: Se indica el esquema a usar as como el desarrollo de la ingeniera

necesaria para su implementacin.

Finalmente se enuncian las conclusiones del autor, as como las recomendaciones del

mismo las cuales deben ser implementadas por la empresa antes, durante y despus de la

puesta en servicio del sistema.

iv

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.- Planteamiento del problema.

Venezuela se encuentra actualmente sumida en una grave crisis de energa elctrica, lo

que ha obligado al Gobierno Nacional a implementar medidas extraordinarias. Esta

situacin se presenta por los problemas presentes en el parque de generacin trmica,

sumando a la imposibilidad de aumentar los niveles de transferencia de energa elctrica (a

travs de los conductores elctricos) que podra ser producida en el sur por el parque de

generacin Hidroelctrica, por lo que la energa suministrada al centro y occidente del pas

resulta insuficiente para cubrir la demanda de las misma.

Por estas razones, el Gobierno nacional ha declarado al sector elctrico en emergencia,

por lo que se elaboran proyectos y se realizan inversiones cuantiosas en la instalacin,

recuperacin y modernizacin de su parque de generacin trmica y de energas

alternativas. Justamente este incremento de su parque trmico ha aumentado el consumo de

gas natural ms all de lo estimado.

Uno de los proyectos por culminar y que contribuira de forma importante con la

generacin trmica es la unidad Nro. 1 de la Planta Termoelctrica del Centro (Planta

Centro), la cual podra aportar hasta 400 MW al sistema interconectado. Es importante

destacar que dicha unidad se encuentra en servicio desde el ao 2010, despus de la

modernizacin del sistema de control y la conversin del tipo de combustible a usar, ya que

originalmente la caldera fue diseada para combustible lquido, y ahora tiene la capacidad

de usar tanto combustible lquido como gas natural. Inicialmente estaba planificado slo

usar Gas natural, pero debido a la deficiencia de gas, la caldera tendr que quemar tanto

combustible lquido como gas natural para lograr generar al 100% de su capacidad.

Esta necesidad de usar el fuel oil obliga a que a todos los servicios, controles y

regulaciones implicados en el proceso de fuel oil se les realice mantenimiento o se les

modernice. Esto debido a que en esta primera etapa slo se estaba trabajando con gas

natural.

Entre los sistemas que son necesarios se encuentran los tanques de almacenamiento, la

estacin de bombeo, precalentamiento de combustible y quemadores de combustible

lquido.

De los anteriormente nombrados, los tanques de combustible y la estacin de bombeo

se encuentran actualmente disponibles, el sistema de quemadores fue puesto a punto con la

conversin a gas de la caldera, ya que se instalaron nuevos quemadores, tanto para gas

como para combustible lquido.

Entre los sistemas a los que no se les realiz ningn tipo de mejora o mantenimiento se

encuentran el precalentamiento de combustible, vapor de traza y otros.

Los sistemas anteriormente nombrados juegan un papel importante dentro del proceso

de combustin del combustible lquido, con la ventaja que la mayora de los sistemas son

principalmente mecnicos, ya que estn conformados por tuberas, bombas y vlvulas on-

off. No obstante, el sistema de precalentamiento de combustible, a diferencia de lo

anteriormente dicho, involucra un sistema de control realimentado bsico, en el que se fija

una temperatura del combustible a la salida del mismo, siendo medida, realimentada y

comparada con el set point, originando un error que crea el accionamiento de una vlvula

neumtica que controla el flujo de vapor, que pasa al intercambiador. Este sistema resulta

extremadamente importante para el rendimiento de la combustin y contribuye con la

correcta creacin de la llama del quemador, facilitando y garantizando su completa

combustin.

Si el combustible no entra al quemador con la temperatura adecuada, ste no se atomiza

de manera apropiada con el vapor de atomizacin, originando bajo rendimiento, mala

combustin, contaminacin de los intercambiadores de calor de los gases (por combustible

no quemado) y de esta manera ellos tambin perderan eficiencia. Adems, al quedar stos

impregnados de combustible sin quemar, es posible causar un incendio dentro de la caldera.

Por lo que, para permanecer generando de manera continua, es necesario tener

disponible la posibilidad de la quema de combustible liquido y as contar con dos fuentes

de combustible para la puesta en servicio de la caldera.

2

Objetivos.

Objetivo General:

Proponer un sistema de control automtico para la regulacin de temperatura en el

precalentamiento de combustible lquido usado por la Caldera de la Unidad Generadora

Nro. 1 de Planta Centro.

Objetivos Especficos:

1.

2.

Diagnosticar el estado actual del sistema de control existente.

Estudiar las alternativas de esquemas de control mediante la revisin de libros,

guas y pginas Web, para obtener informacin respecto al esquema usado y otros

que puedan ser implementados.

Disear el esquema de control automtico a ser implementado en el sistema de

precalentamiento del combustible lquido.

3.

Justificacin.

Con la implementacin del sistema de control automtico propuesto se debe conseguir

un mejor control en el proceso de precalentamiento de combustible lquido, obteniendo con

ello una mejor combustin dentro de la caldera, por lo que el rendimiento del proceso se

afectar positivamente, adems de asegurar un buen roco del combustible dentro de la

caldera y con ello el aseguramiento de su quema total, evitando as que el mismo impregne

el interior de la misma y de esta manera evitar posibles fallas. Todo esto beneficiaria al

proceso de generacin al permitir el uso de combustible lquido, y de esta manera poder

seguir generando en caso de que empeore el problema de distribucin de gas natural y no

sea posible usarlo como combustible en esta caldera.

3

Alcance y Delimitacin.

Este proyecto tiene como alcance presentar una propuesta que haga posible la

modernizacin del sistema de control, sustituyndolo por uno ms confiable, que asegure

una mayor eficiencia en el uso del combustible lquido. Esto con el propsito de que el

gobierno nacional tenga una referencia terica (cientfica y tecnolgica), que se pudiera

utilizar para contribuir con la solucin del problema del sector elctrico.

La importancia de este proyecto radica en la mejora del lazo de control del

precalentamiento de combustible, haciendo de ste un control confiable y as contribuir a

mejorar la calidad del combustible lquido que entra al quemador, lo cual, a la vez,

contribuye en todo el proceso termodinmico dentro de la caldera, disminuyendo los

posibles problemas.

Este proyecto se desarrollar en las instalaciones de Planta de Centro, especficamente

en la estacin de precalentamiento de combustible pesado de la Caldera de la Unidad

generadora Nro. 1, en el ao en curso y podr estar en servicio en el tercer trimestre del

ao.

4

CAPITULO II

MARCO TEORICO

Antecedentes de la Investigacin.

En el ao 2012 el Ing. Leruth Alexandre, en su tesis para obtener el ttulo de

magister, realizado en la refinera Mongstad, manifest, que el antiguo mtodo de

control usado en los intercambiadores de calor, en donde solo se controla la entrada

de vapor al intercambiador es ineficiente y debe ser acompaado por otro esquema

que permita mejorar su eficiencia [1].

Por lo que, basados en lo anteriormente expresado por el Ing. Leruth

Alexandre, es correcto proponer una modernizacin del sistema de control de

precalentamiento de combustible pesado, ya que con ello se podra agregar un nuevo

esquema de control segn su recomendacin y esto redundara en la mejora del

proceso de generacin de energa elctrica, en este trabajo Ing. Leruth Alexandre

tambin enumera un grupo de esquemas que actualmente son usados en aplicaciones

de intercambiadores especficamente en las refineras, los cuales fueron tomados en

cuenta en este proyecto.

En el ao 1999 el Ingeniero Jos Luis Rapun Jimenez, de la Universidad

Politcnica de Madrid, en su tesis doctoral plantea:

la optimizacin tecnolgica debe tender a maximizar el rendimiento de la

planta [2].

Confirmando que el resultado que se debe obtener mediante la modernizacin

del sistema de control, no es otro que la mejora misma de la productividad y la

eficiencia, por lo que si esto no es alcanzado no tiene sentido realizar modificaciones a

los sistemas en este caso de control, en conclusin lo propuesto en este proyecto est

en perfecta sintona con lo indicado.

David Ricardo Cerezo Toledo en el ao 2005, en su trabajo de Grado como

Ingeniero Qumico de la Universidad de San Carlos de Guatemala, indica:

5

La comprensin y determinacin de las variables de proceso es el inicio de la

instrumentacin y por ende del control automtico, convirtiendo su comprensin en

fundamental dentro del mbito de la instrumentacin. [3].

Indicando as, la importancia que tiene la seleccin adecuada de las variables

de proceso a considerar en la estrategia de control a usar.

Fundamentos tericos.

En el libro Cuadernos Profesionales, el Ing Eduardo Lifschitz (1994), se realiza la

siguiente pregunta: Es indispensable el control de calderas..?[4]. En esta disertacin,

l comenta sobre la complejidad de los procesos que se desarrollan en una caldera, y

explica las ventajas de realizar algn tipo de control automtico en todos y cada uno de los

procesos que en ella se desarrollan, por lo que se puede inferir que todos los procesos que

se automaticen contarn con algn tipo de ventaja respecto a los no automatizados.

Katsuhiko Ogata en su libro Ingeniera de Control Moderna (1998) tambin apoya

la automatizacin de los procesos y dice El control automtico ha desempeado una

funcin vital en el avance de la ingeniera y la ciencia [5] y enuncia las ventajas de realizar

un control prealimentado adems del clsico realimentado diciendo El control

prealimentado establece una accin correctiva antes de que las perturbaciones afecten el

resultado [5] y esto ocasiona tener un mejor control sobre la variable vigilada.

Carlos Smith y Armando Corripio en su libro Control Automtico de Procesos

(1991) explican brevemente:

El propsito de la unidad es calentar el fluido que se procesa, de una

temperatura dada de entrada Ti(t), a cierta temperatura de salida, T(t), que se desea. Como

se dijo, el medio de calentamiento es vapor de condensacin y la energa que gana el fluido

en proceso es igual al calor que libera el vapor, siempre y cuando no haya prdidas de calor

en el entorno, esto es, el intercambiador de calor y la tubera tienen un aislamiento perfecto;

en este caso, el calor que se libera es el calor latente en la condensacin del vapor [6] ver

figura Nro. 1.

6

Figura N 1. Intercambiador de Calor [6]

En este proceso existen muchas variables que pueden cambiar, lo cual ocasiona que la

temperatura de salida se desve del valor deseado, si esto llega a suceder, se deben

emprender algunas acciones para corregir la desviacin; esto es, el objetivo es controlar la

temperatura de salida del proceso para mantenerla en el valor que se desea [6].

Inmediatamente nombra algunos mtodos, entre los cuales estn el control

realimentado, midiendo la temperatura del flujo de salida y usando este valor para realizar

la correccin del flujo de vapor al abrir o cerrar la vlvula reguladora, quedando el esquema

de regulacin de la forma indicada en la figura N 2.

Elemento final de Control

Figura N 2. Sistema de control del intercambiador de calor [6]

7

Y enumera las tres acciones bsicas de un sistema de control: medicin, decisin y

accin, por lo que si una de ellas falta es imposible realizar un control automtico.

Sin embargo, el Ing. Franco Ciappina en su libro Control de Procesos Industriales

Continuos (2000), confirma el control realimentado como una de las opciones de control,

pero tambin agrega otros esquemas, donde introduce el concepto de control en cascada y

control prealimentado e indica que usando uno o el otro conjuntamente con el control

realimentado se logra un mejor control y de esta manera slo confirma lo que ya Katsuhiko

Ogata nos haba enunciado.

Pero por qu es necesario automatizar el sistema de precalentamiento de

combustible? Es all donde el Dr. Ing. E. Brizuela y el Ing. J. C. Loza, explican Para la

atomizacin efectiva (gotas pequeas) se requieren combustibles de baja viscosidad (menor

que 15 mm2/s). Los combustibles livianos tales como el fuel oil N 2, pueden ser

atomizados a temperatura ambiente. Sin embargo, los combustibles ms pesados deben ser

calentados para producir la viscosidad deseada. El precalentamiento requerido vara desde

373 K (100 C) para combustibles N 6, hasta 623 K (350 C) para productos de fondo de

torre con vaco. [7].

En la figura 3, se muestra un esquema del sistema originalmente instalado, en el se

observan diferentes componentes que son usados para lograr el objetivo de controlar la

temperatura del combustible, este esquema es un sistema bsico de realimentacin donde se

toma la temperatura del combustible a la salida del precanlentador, es comparado con un

set-point fijo que est programado en el controlador y el enva una seal de corriente a un

convertidor tipo I/P donde convierte una seal normalizada de corriente en una seal

normalizad de presin, que es la que es enviada a la vlvula para su movimiento.

8

SALIDA COMBUSTIBLE

VALVULA CONTROL DE VAPOR DE ENTRADA

ENTRADA COMBUSTIBLE

Figura N 3. Esquema del sistema actualmente instalado [El Autor]

Se explica cada una de las partes que componen el sistema original

PT 100

Una Pt100 es un sensor de temperatura. Consiste en un alambre de platino que a

0C tiene 100 ohms de resistencia elctrica, la cual aumenta con la temperatura. El

incremento de la resistencia no es lineal pero si caracterstico del platino, de tal forma que

mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde.

Figura N 4. Curva Caracterstica de la PT100 [8]

Una Pt100 es un tipo particular de RTD (Dispositivo Termo Resistivo)

9

0 150 C

0 20 mA

TC

I

P

T

PT100 RTT 750 KS 4580 AS 740 EPX 749

CONTROLADOR

PRECALENTADOR

Normalmente las Pt100 industriales se consiguen encapsuladas en la misma forma

que las termocuplas, es decir dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina),

en un extremo est el elemento sensible (alambre de platino).

Ventajas de la Pt100. las Pt100 son levemente ms costosas y mecnicamente no tan

rgidas como las termocuplas, pero las superan especialmente en aplicaciones de bajas

temperaturas (-100 a 200 C).

Las Pt100 pueden fcilmente entregar precisiones de una dcima de grado, con la

ventaja de que no se descomponen gradualmente entregando lecturas errneas, sino que

normalmente se abren, con lo cual el dispositivo medidor detecta inmediatamente la falla

del sensor y da aviso.

Adems la Pt100 puede ser colocada a cierta distancia del medidor sin mayor

problema (hasta unos 30 metros) utilizando cable de cobre convencional para hacer la

extensin.

RTT 750

Es un mdulo electrnico fabricado por Phillips (ver figura 5), con la funcin de

servir como transmisor de temperatura, con elementos primarios de caracterstica resistiva

como sensor de entrada y salida configurable de 0 a 20 mA, 4 a 20 mA 0 a 10 V, la cual

se podr ajustar dependiendo del rango a medir, en este caso particular estaba configurada

de 0 C a 150 C, con una salida en corriente de 0 a 20 mA.

10

Figura N 5.Diagrama de Bloques de la RTT 750 [8]

KS 4580

Es un Controlador industrial estndar fabricado por Phillips, que puede trabajar

como:

Comparador de Limite

Indicador de limite

Sealizador

Controlador de dos puntos

Controlador de tres puntos

Controlador de proceso continuo

Controlador de relacin

Otros

En el caso que nos atae, est operando como controlador de procesos continuos,

especficamente como controlador de temperatura.

11

ASX 740

Mdulo electrnico con funciones de adicin y substraccin de hasta 4 seales, con

entradas estndar de 0 a 20 mA, 4 a 20 mA y 0 a 10 V (ver figura 6).

Figura N 6 Diagrama de Bloques de la ASX 740 [9]

EPX 749

Es un mdulo convertidor electroneumtico (ver figura 7), que acepta seales de

entrada elctricas estndar de 0 a 20 mA de 4 a 20 mA, con salida neumtica estndar de

3 a 15 psi, con una entrada de 20 psi de presin de aire de instrumento.

12

Figura N 7. Diagrama Esquemtico de la EPX 749 [10]

13

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

Tipo de Investigacin.

Este es un proyecto de tipo factible, en tanto que aspira a contribuir con la solucin

del problema relacionado con la generacin de electricidad del parque trmico del pas y

por lo tanto se manejarn documentos del Estado Venezolano, informacin tcnica

relacionada al proceso de precalentamiento de combustible y adems fuentes en soporte

fsico y electrnico, que de alguna manera enfoquen la problemtica.

Este proyecto es factible por las siguientes razones:

Hay disposicin de la gerencia de la planta de poner en servicio lo antes posible

el sistema de precalentamiento de combustible.

El autor de este proyecto es Ingeniero Electrnico y cumple funciones

profesionales en Planta Centro, especficamente en la Divisin de

Instrumentacin y Control, por lo que cuenta con el respaldo institucional de

Planta Centro. Adems se tiene acceso a la documentacin tcnica y al rea

donde se desarrollar e implementar el Proyecto.

Este proyecto beneficia principalmente a la poblacin en general, aumentando la

oferta de energa elctrica, lo cual paliar de algn modo el dficit que

actualmente se tiene de generacin elctrica. Tambin al Estado, al poder

aumentar la oferta de energa, al sector empresarial y a la poblacin del sector

terciario (servicios) ya que, con el aumento de generacin de energa elctrica,

poco a poco podrn normalizar sus labores.

Por todo lo anteriormente sealado, se justifica la necesidad de elaborar y presentar

la propuesta que haga posible la modernizacin del sistema de control, por uno ms

confiable que asegure una mayor eficiencia en el uso del combustible lquido a fin de

colaborar en la solucin del problema que tiene Venezuela en lo que se refiere al proceso de

generacin de energa elctrica.

14

Por lo tanto, el Proyecto se encuadra dentro de la modalidad de Proyectos Factibles,

apoyndose en una investigacin documental. Un proyecto factible, como su nombre lo

indica, tiene un propsito de utilizacin inmediata, la ejecucin de la propuesta. En este

sentido, la UPEL (1998) define el proyecto factible como un estudio "que consiste en la

investigacin, elaboracin y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable

para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos

sociales"[11]. La propuesta que lo define puede referirse a la formulacin de polticas,

programas, tecnologas, mtodos o procesos, que slo tienen sentido en el mbito de sus

necesidades, en este caso en la Empresa Planta Termoelctrica del Centro CORPOELEC. A

su vez una investigacin documental, porque se realizar consulta bibliogrfica pertinente,

que ayudar a la solucin del Problema. En el mismo orden de ideas, la UPEL (2002),

seala lo siguiente: Investigacin documental, se entiende por el estudio de problemas con

el propsito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo,

principalmente en trabajos previos, informaciones y datos divulgados por medios impresos,

audiovisuales o electrnicos. La originalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterios,

conceptualizaciones, reflexiones y en general el pensamiento del autor [11].

Diseo de la Investigacin.

Cada tipo de diseo posee caractersticas particulares por lo no es lo mismo

seleccionar un tipo de diseo que otro. La eficacia de cada uno de ellos depende de si se

ajusta realmente a la investigacin que se est realizando. Los diseos experimentales son

propios de la investigacin cuantitativa, mientras los no experimentales se aplican en

ambos enfoques (cualitativo o cuantitativo). De este modo existen dos diseos de

investigaciones principales, los experimentales o del laboratorio y los no experimentales

que se basan en la temporalizacin de la investigacin. Segn Fidias G. Arias (2006).

El diseo de la investigacin planteado en este proyecto es no experimental ya que

no se operaron variables directamente, es de tipo transversal debido a que la recoleccin de

datos se realiz en un tiempo determinado y documental porque la fuente de informacin

fueron documentos existentes como planos y documentos referentes al sistema de

precalentamiento de combustible.

15

Tcnicas de Recoleccin y Anlisis de Datos.

La tcnica que se us para la recoleccin de la informacin fue la observacin

directa y la documentacin, con la finalidad de conocer la situacin actual del sistema de

control.

Se us la tcnica de anlisis de contenido a fin de aclarar y elaborar los documentos

necesarios como producto de esta investigacin.

Procedimiento Metodolgico.

16

Objetivo de la Investigacin Actividades Realizadas

Diagnosticar el estado actual del sistema de

control actualmente instalado.

Bsqueda de los planos del sistema de

control a estudiar.

Bsqueda de la informacin tcnica del

sistema de control en estudio.

Visita al campo para diagnosticar el estado

actual del sistema en estudio.

Estudiar las alternativas de esquemas de

control mediante la revisin de libros, guas

y pginas Web, para obtener informacin

respecto al esquema usado y otros que

puedan ser implementados.

Bsqueda de diferentes esquemas de control

aplicables al sistema en estudio.

Evaluacin y seleccin del nuevo esquema

de control a usar.

Disear el esquema de control automtico a

ser implementado en el sistema de

precalentamiento del combustible lquido.

Elaboracin de propuesta de nuevo esquema

de control a usar.

Especificaciones tcnicas de las partes que

componen el nuevo sistema.

Elaboracin de planos de control P&I,

planos de Cableado.

CAPITULO IV

PRESENTACION Y ANALISIS DE RESULTADOS DEL DIAGNOSTICO

DE LA SITUACION ACTUAL

.

Diagnstico de la Situacin Actual.

En el momento de la inspeccin, el sistema se encontraba fuera de servicio, esto

debido, entre otras cosas, a que la unidad an no ha sido optimizada para la quema de

combustible lquido. Adicionalmente, en la modernizacin realizada a la unidad no fue

contemplada la modernizacin del sistema de precalentamiento de combustible lquido, en

nuestro caso particular, a la quema de combustible Fuel Oil Nro. 6, por lo que el sistema de

control existente se encontraba en un grado de deterioro muy alto a nivel de tarjetas de

control, gabinetes de campo e instrumentacin local de medicin de variables de proceso.

Slo quedaban disponibles y en buen estado los sensores Pt100 para mediciones anlogas

de temperatura. El cableado que va desde los instrumentos hasta el gabinete de control se

encuentra deteriorado y en muchos casos inexistente. Las vlvulas de entrada de

combustible y vapor a los intercambiadores de calor y sus respectivos actuadores

neumticos se encuentran en perfecto estado con mantenimiento reciente, no as los

posicionadores electroneumticos, los cuales no estn presentes. Las tuberas de aire de

instrumentos se encuentran en el sitio en un estado aceptable a simple vista. Los

reguladores de presin a la entrada de los posicionadores no se encuentran.

Para un mejor desarrollo del diagnstico, se presenta a continuacin un esquema

general del proceso (ver Figura Nro. 8, y tabla Nro. 1 para un resumen del diagnstico).

17

Figura N 8. Esquema General del Proceso [El Autor]

Tabla Nro. 1 Resumen de la situacin actual de los precalentadores de combustible

[El Autor]

18

PRECALENTADOR 1 ELEMENTO PRESENTE ESTADO

Vlvula de corte de combustible a la entrada SI OK Vlvula de corte de vapor a la entrada SI OK Vlvula reguladores de flujo de vapor a la entrada SI OK Vlvula neumtica de vapor a la descarga SI OK PT100 SI OK Tarjetas de Control SI MALAS Posicionador electroneumtico IP NO N/A Cableado en general NO N/A Gabinete SI MALO Indicacin Local NO N/A


Vlvula de corte de combustible a la entrada SI OK Vlvula de corte de vapor a la entrada SI OK Vlvula reguladores de flujo de vapor a la entrada SI OK Vlvula neumtica de vapor a la descarga SI OK PT100 SI OK Tarjetas de Control NO MALAS

El esquema de control usado para mantener el control de la temperatura del

combustible que va hacia los quemadores en cada precalentador es el sealado en la figura

Nro. 3, por lo que usa un esquema realimentado simple en el control de temperatura.

Conclusiones del Diagnstico.

La situacin sealada en la tabla nro. 1 deja claro que el sistema de control

actualmente instalado no est operativo, por lo que se hace necesaria la instalacin de la

mayora de los componentes de control para la reactivacin del esquema de control o

implementar un nuevo esquema de control e instrumentar segn este nuevo esquema.

El esquema de control instalado actualmente es un sistema realimentado, con

control en el flujo de vapor a ingresar en el intercambiador de calor. Este sistema es un

esquema sencillo y muy confiable en circunstancias donde no se originen perturbaciones

que afecten el proceso, tales como cambio en la temperatura, presin o flujos tanto del

vapor como del combustible; adicionalmente, es un sistema muy deficiente en el uso del

vapor, ya que utiliza gran cantidad de vapor para obtener el resultado.

19

Continuacin Tabla Nro. 1 Resumen de la situacin actual de los

precalentadores de combustible [El Autor]

Posicionador electroneumtico IP NO N/A Cableado en general NO N/A Gabinete SI MALO Indicacin Local NO N/A


Vlvula de corte de combustible a la entrada SI OK Vlvula de corte de vapor a la entrada SI OK Vlvula reguladores de flujo de vapor a la entrada SI OK Vlvula neumtica de vapor a la descarga SI OK PT100 SI OK Tarjetas de Control SI MALAS Posicionador electroneumtico NO N/A Cableado en general SI REGULAR Gabinete SI MALO Indicacin Local NO N/A

Recomendacin del Diagnstico.

Por lo anteriormente indicado, se hace necesaria la recuperacin total del sistema de

control. Adicionalmente, hay que cambiar el tipo de esquema

algunas de las condiciones indicadas en el prrafo anterior

de control para mejorar

20

CAPITULO V

PRESENTACION DEL ESQUEMA USADO Y OTROS QUE PUEDAN SER

IMPLANTADOS

Esquema Realimentado Simple.

El esquema usado actualmente, es un esquema de realimentacin simple con control

en la entrada de vapor al intercambiador de calor (ver figura Nro. 9).

Objetivo:

Mantener la temperatura de suministro de fuel oil a la caldera, para que la

viscosidad sea adecuada para la atomizacin.

Filosofa de control:

1. Controla el caudal de vapor a travs de los intercambiadores de control.

2. Lazo de control realimentado cerrado Tipo de control Proporcional-

Integral (PI) simple.

Desventajas:

1. Slo acta al observarse variacin de la temperatura del combustible de

salida.

2. No controla el tiempo de transito del vapor dentro del intercambiador.

21

TEMP. DE COMBUSTIBLE

SALIDA

TT

S.P

I/P TY

VALVULA CONTROL TEMP. FUEL OIL

Figura N 9. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado [El Autor].

Esquema En Cascada Realimentado.

Se usa este esquema cuando la calidad del combustible cambia, por lo que para una

misma temperatura de combustible se obtienen diferentes valores de viscosidad

dependiendo de la calidad del combustible, ya que el mismo puede ser una mezcla de varios

tipos. Es un esquema de realimentacin costoso por el analizador de viscosidad presente en

el lazo simple con control en la entrada de vapor al intercambiador de calor (ver figura Nro.

10), pero en las condiciones correctas est plenamente justificado el costo.

22

TC

A/M

Objetivo:




1.

2.

Controla el caudal de vapor a travs de los intercambiadores de calor.

El lazo en cascada fija el set point de temperatura, por lo que el set point

verdadero es la viscosidad necesaria para el roco.

Lazo de control en cascada, donde la viscosidad ser la primera variable y la

temperatura la segunda (PI + PI).

3.

Desventajas:

1.

2.

Acta al observarse variacin de la temperatura del combustible de salida.

El punto de control de temperatura es indicado por la medicin

viscosidad.

No controla el tiempo de trnsito del vapor dentro del intercambiador.

Es un esquema costoso para la implementacin y el mantenimiento.

de la

3.

4. VISCOSIDAD

FUEL OIL SALIDA

VT


SALIDA

TT

I/P TY


Figura N 10. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado en Cascada [El Autor]

23

S.P VC

TC

A/M

Esquema De Control Retroalimentado Con Prealimentacin.

Es un esquema usado para eliminar perturbaciones que puedan afectar el valor de la

temperatura de salida. En este caso las perturbaciones ms importantes son las siguientes:

temperatura del vapor, presin del vapor, flujo de combustible, temperatura de combustible,

entre otras.

1. En este esquema se debe prealimentar la variable o variables que mayor

efecto tengan sobre la temperatura final del combustible. Esta

prealimentacin lograr compensar los efectos de una variacin no deseada

de la variable prealimentada (ver figura Nro. 11).

Objetivo:




1. Controla el caudal de vapor a travs de los intercambiadores de calor.

2. Lazo de control realimentado con prealimentacin PI.

Desventajas:

1. Slo acta al observarse variacin de la temperatura del combustible

salida y la seal prealimentada.

No controla el tiempo de trnsito del vapor dentro del intercambiador.

de

2.

24


ENTRADA

TT


SALIDA

TT

FLUJO DE COMBUSTIBLE

FT

I/P TY


Figura N 11. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado con Prealimentacion [El Autor]

Esquema De Control Realimentado Con Control De rea De Transferencia En

El Intercambiador.

Este esquema es usualmente empleado cuando el fluido usado para el calentamiento

puede condensarse dentro del intercambiador, por lo que un cambio en el nivel del

condensado interno del intercambiador, produce una variacin del rea efectiva

transferencia (ver Figura Nro. 12) y con ello controlar la temperatura del fluido deseado.

de

Salida de Control

Vlvula de Control

Figura N 12. Esquema de control de nivel de condensado [El Autor].

25

S.P TC

A/M

FY

Para lograr esto, es necesario colocar una vlvula en la salida del intercambiador,

para manipular y lograr crear las condiciones internas suficientes y necesarias para la

condensacin, y luego con esta vlvula controlar la salida del condensado y por lo tanto del

rea de transferencia.

Este esquema (ver figura 13) es usado para disminuir el volumen del vapor a usar.

Su esquema de operacin y mantenimiento es sencillo.

Objetivo:




1. Controla el flujo de salida de condensado del intercambiador, variando el

rea til de transferencia con el vapor.

2. Lazo de control realimentado PI.

Desventajas:


salida.

No existe control de manera directa del vapor de entrada al intercambiador. 2.

26


SALIDA

TT

S.P

I/P TY

VALVULA CONTROL SALIDA VAPOR

Figura N 13. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado con Control del rea de Transferencia [El Autor]

Esquema De Control Realimentado Con Control De rea De Transferencia En El

Intercambiador Y En La Entrada De Vapor Al Mismo.(Esquema A Implementar)

Bsicamente, este esquema es una combinacin del esquema anteriormente

estudiado, ms el control de entrada de vapor que se ha estudiado anteriormente. Con ello

se consigue un rango ms amplio en el control de las variables que intervienen en el

calentamiento, ya que con este esquema se logra la combinacin de rea de transferencia

til y, adicionalmente, si es requerido, el cambio de masa trmica (vapor) (ver Figura Nro.

14).

27

TC

A/M

Salida de Condensado

Vlvula de Control

Figura N 14. Esquema de control de nivel de condensado y vapor de entrada [El Autor]

Este esquema (ver figura 15) se recomienda para maximizar el uso de la energa del

vapor y disminuir el volumen del vapor a usar. Adems, su esquema de operacin y

mantenimiento son sencillos.

Objetivo:




1. Controla el flujo de salida de condensado del intercambiador, variando el

rea til de transferencia y controlando la entrada de vapor.

2. Lazo de control realimentado PI.

Desventaja:


salida.

28

TEMP. DE VAPOR

CONDENSADO

TT


SALIDA

TT

I/P I/P TY TY

VALVULAV-C2 ONTROL CONDENSADO


Figura N 15. Esquema de un Control de Temperatura Realimentado con Control del Vapor de Entrada y rea de Transferencia [El Autor]

Estudio de la Factibilidad Tcnica y Operativa.

Cumplida la etapa de diagnstico del sistema actualmente instalado y el estudio de

diferentes esquemas de control que podran ser usados como respuesta a lo planteado en el

objetivo general de este trabajo, se tienen suficientes argumentos para la valoracin tcnica

y operativa del proyecto.

Factibilidad Tcnica.

Se abordar este punto desde dos puntos de vista, los cuales son: conocimiento

tcnico del tema y posibilidad tcnica de la implementacin.

29

C

M

C

M

S.P

151,8

T

A/

S.P T

A/

Fx

Conocimiento Tcnico.

En el inicio de este captulo se tratan diferentes esquemas de control que podran ser

usados, se indican sus partes, ventajas y desventajas; por lo que queda demostrado que el

conocimiento para la implementacin de cualquier de las soluciones planteadas existe, por

lo que el conocimiento o dominio del tema no es factor que imposibilite la implementacin

de un sistema de control nuevo.

Disponibilidad Tecnolgica.

Comencemos explicando el concepto de disponibilidad tecnolgica, el cual no es

otra cosa que la existencia de todos y cada uno de los componentes tecnolgicos necesarios

para la implementacin desde el punto de vista de hardware y software, de la solucin a

plantear.

Ya conociendo el termino, se puede indicar que cualquiera que sea la solucin a

adoptar, existen en el mercado los equipos, materiales e instrumentos necesarios para la

puesta en servicio de cualquiera de ellas.

Controlador: ste puede ser implementado con un controlador de procesos continuos

tipo stand alone, como originalmente se implement o puede ser implementado un control

desde el Sistema de Control Distribuido (DCS), el cual tiene capacidad de asumir sin

problemas el control. Especficamente, en la planta quieren que el controlador sea

desarrollado usando los recursos disponibles en el DCS.

Instrumentos y accesorios: los instrumentos indicados son bsicamente sensores de

temperatura tipo Pt100, electro-posicionador tipo IP, tubera para aire de instrumento tipo

tubing, cable de control, instrumentos de indicacin local de presin y temperatura,

borneras, cajas de interconexin. Todos estos elementos son de uso comn y se consiguen

en el mercado local o internacional sin ningn tipo de problema, y ms an, en los

almacenes de la Planta se encuentran los materiales necesarios para la implementacin de

cualquiera de las soluciones.

Por lo indicado, se puede inferir que no existe limitacin tcnica para la

implementacin de ninguno de los esquemas de control planteados.

30

Factibilidad Operativa.

El sistema de control que se implemente, aunque sea automtico, debe ser

supervisado por un operador, que dentro de sus funciones tendr la responsabilidad de

vigilar la integridad del sistema; en otras palabras, asegurar que el mismo opere de manera

confiable y sin riesgo para las personas y maquinarias que existen a su alrededor; esto

porque pueden existir fugas, daos en la instrumentacin o cableado que ocasionaran un

mal funcionamiento del equipo y por ende poner en riesgo vidas humanas o de la operacin

del sistema.

Ya que se ha indicado la importancia de la disponibilidad de una persona que se

encargue de la vigilancia y observacin del sistema, vale la pena destacar que la planta

dispone de tres grupos rotativos de operadores, los cuales hacen presencia en la planta las

24 horas del da, como es comn en cualquier planta de produccin continua, y dentro de

este personal se encuentra un operador que, dentro de sus responsabilidades, est el rea del

precalentamiento de combustible liquido, por lo que con esto queda garantizada la

vigilancia del sistema. Adicionalmente, la empresa tambin cuenta con instrumentistas

dentro de este personal, los cuales permanecen en la planta las 24 horas, por lo que no es

necesario realizar ninguna modificacin al esquema de operaciones actualmente existente y

tampoco existen limitaciones operativas.

31

CAPITULO VI

DISEO DEL ESQUEMA DE CONTROL AUTOMATICO A SER

IMPLEMENTADO EN EL SISTEMA DE PRECALENTAMIENTO DE

COMBUSTIBLE LIQUIDO

Esquema De Control A Implementar. El esquema a implementar por cumplir con

lo requerido es el esquema de control de temperatura realimentado con control del vapor de

entrada y rea de transferencia (ver figura 16), donde se indica de forma

a implementar y sus componentes.

general el sistema

Figura N 16. Esquema General del Sistema a Implementar [El Autor]

El sistema tiene tres modos de operacin:

Modo de arranque (control de posicin), este modo de operacin ser usado para el

arranque del sistema de combustible pesado en el cual aun no se enva combustible a la

caldera, y su funcin es lograr parmetros tcnicos de operacin de temperatura y presin

32

del vapor, dentro del intercambiador de calor para poder lograr adecuadamente el control

de la temperatura del combustible liquido, debe quedar claro que este modo de operacin

no asegura el control de temperatura del combustible.

Modo de Operacin. Este modo se usara despus de lograr los parmetros tcnicos

de operacin en el proceso de precalentamiento de combustible, y se activara antes de

enviar combustible a los quemadores de la caldera para garantizar la temperatura adecuada

en el fuel oil Nro. 6, a su vez puede ser operado de manera automtica en la cual las

vlvulas controladas sern gobernadas por el algoritmo del control implementado, tambin

este modo permite la operacin manual, mediante la cual el operador operara directamente

la posicin de las vlvulas controladas.

Modo standby. Este modo de funcionamiento debe ser puesto en operacin cuando

el sistema de combustible liquido esta fuera de servicio, por lo que no es necesario el

precalentamiento de combustible, bsicamente coloca la vlvula de entrada de vapor en

posicin cerrada y la vlvula de salida de vapor en posicin abierta.

En el anexo 1 Se muestra diagrama simplificado del programa.

Descripcin del programa

En este esquema y en cada uno de los modos de operacin se realiza un control

primario y uno secundario, ambos usan un controlador Proporcional Integral. El primario

controlar la vlvula de entrada de vapor al intercambiador de calor usando como seal

realimentada la temperatura del combustible, el secundario controlar la vlvula a la

descarga del intercambiador de calor, usando como seal realimentada la temperatura del

vapor de salida o la posicin de la vlvulas tanto de entrada o salida dependiendo de quin

genere la menor desviacin en magnitud.

El control Primario garantiza la entrada de vapor al intercambiador de calor para

lograr la temperatura deseada en el combustible pesado, en el solo se mide la desviacin

respecto al valor de relacin ajustado en el algoritmo.

El control secundario garantiza que se forme una condensado de vapor dentro del

intercambiador, la cual estar a una temperatura superior a 100 Grados Centgrados debido

a la presin presente en el intercambiador de calor, este control tiene dos criterios de

33

control el criterio dominante es el que presente el menor valor de desviacin, estos criterios

son la desviacin de relacin entre la vlvula de entrada de vapor y la de salida y el

segundo criterio es usado para garantizar el nivel de condensado, en l se mide la

temperatura a la descarga de intercambiador antes de la vlvula, y dependiendo de su valor

se infiere si hay solo vapor o condensado, y dependiendo de esto se formara una desviacin

positiva o negativa y su magnitud ser proporcional a la distancia del setpoint.

La programacin se realizo usando la herramienta de programacin del DCS

Teleperm XP, un sistema propietario de Siemens y es similar a la programacin en bloques

funcionales, para ver el programa de control remtase al anexo 2 para mayor informacin

sobre los bloques de programacin ver AS 620 B Automation System TELEPERM XP de

Siemens, a continuacin se presenta lista de planos de control (ver tabla 2).

Tabla Nro. 2 Listado de Planos de Lgica de Control [El Autor]

34

Item Nombre del plano Descripcin

1

1NM08C001

Lgica de control de la vlvula de entrada de vapor,

del Precalentador Nro. 1

2

1NM08C002

Lgica de control de la vlvula de Salida de vapor,


3

1NM08T001

Entrada de Temperatura Combustible Precalentador

Nro 1

4 1NM08T002 Entrada de Temperatura Vapor Precalentador Nro. 1

5

1NM08U101

Seleccin del modo de operacin del control del

Precalentado Nro. 1

6

1NM09C001



7

1NM09C002



8

1NM09T001


Nro 2

9

1NM09T002

Entrada de Temperatura Vapor en el Precalentador

Nro. 2

35

Continuacin Tabla Nro. 2 Listado de Planos de Lgica de Control [El Autor]

10

1NM09U101


Precalentado Nro. 2

11

1NM10C001



12

1NM10C002



13

1NM10T001


Nro 2

14

1NM10T002

Entrada Temperatura deVapor en el Precalentador

Nro. 2

15

1NM10U101


Precalentado Nro. 2

16

1RQ65S002

Interface controlador y seleccin de modo de

operacin del controlador de la vlvula de entrada de

vapor del Precalentador Nro. 1

17

1RQ65S002XQ01

Entrada y Distribucin de la posicin de la vlvula

de entrada de vapor, desde el trasmisor de posicin

de la misma, del Precalentador Nro. 1

18

1RQ65S005


operacin del controlador de la vlvula de salida de


19

1RQ65S005XQ01


de salida de vapor, desde el trasmisor de posicin de

la misma, del Precalentador Nro. 1

20

1RQ66S002




21

1RQ66S002XQ01




Instrumentos

A continuacin se lista los instrumentos involucrados en el esquema en el se indica

el tipo e instrumento y una breve descripcin (ver tabla 3)

Tabla Nro. 3 Listado de Instrumentos [El Autor]

36

Cantidad Instrumento Descripcin

06

Termoresistencia tipo

PT100

Sensor de temperatura tipo termoresistencia

doble, calibracion Pt 100 Ohmios @ 0 C.,

Dimetro funda 3/16, Conexin de 4 Hilos,

aislamiento Oxipack, longitud 2, Bloque

terminal doble.

Continuacin Tabla Nro. 2 Listado de Planos de Lgica de Control [El Autor]

22

1RQ66S005




23

1RQ66S005XQ01




24

1RQ67S002




25

1RQ67S002XQ01




26

1RQ67S005




27

1RQ67S005XQ01




Cajas

Se lista la caja de interconexin usada en el proyecto, su

caractersticas y dimensiones de la misma (ver tabla 4).

nombre (Tag),

Tabla Nro. 4 Listado de Cajas [El Autor]

Cables

En la tabla 5, se sealan los Tag de los cables, as como sus caractersticas

mecnicas, como calibre AWG y nmero de conductores, para los planos de cableado ver

detalles anexo 3

37


01

Caja de Interconexin

1KN01C002

Caja de Poliester marca Himel, modelo

PLM75, 747x536x300 mm (alto, ancho,

profundo), cuerpo de una solo pieza, color gris

RAL-7032, uso exteriores, autoextingible,

temperatura de operacin de -50 a 150 Grados

Centgrados, estabilizados a los rayos

ultravioleta, grado de proteccin IP66.

Continuacin Tabla Nro. 3 Listado de Instrumentos [El Autor]

06

Reguladores de presin

para aire de instrumentos

Filtro y regulador LFR, serie DB de FESTO

modelo LFR-1/4-DB-7-O-MINI.

06

Posicionadores

Electroneumtico tipo IP

Posicionador electroneumtico Sipart PS2,

modelo 6DR5310, marca Siemens.

Tabla Nro. 5 Listado de Cables [El Autor]

38

tem Cable Descripcin

1

1HA8207

Cable de control AWG 22, de 64 pares, en

grupo de ocho, marcado con anillos el numero

del grupo, y en los siguientes colores azul,

rojo, gris, amarillo, verde, marrn, blanco y

negro, con chaqueta de PVC a 90 C, y Pantalla

en Cinta de Polister Aluminizado (PFAL),

con Conductor de Drenaje

2

1K7000

Cable de control AWG 22, de 4 pares, en los

siguientes colores azul, rojo, gris, amarillo,

verde, marrn, blanco y negro, con chaqueta

de PVC a 90 C, y Pantalla en Cinta de

Polister Aluminizado (PFAL), con Conductor

de Drenaje

3

1K7001






de Drenaje

4

1K7002






de Drenaje

39

Continuacin Tabla Nro. 5 Listado de Cables [El Autor]

5

1K7003






de Drenaje

6

1K7004






de Drenaje

7

1K7005






de Drenaje

8

1K7006






de Drenaje

9

1K7007

Cable de control AWG 22, de 4 pares, colores

azul, rojo, gris, amarillo, verde, marrn, blanco

y negro, con chaqueta PVC a 90 C, y Pantalla

en Cinta de Polister Aluminizado (PFAL),

con Conductor de Drenaje

Tarjetas Electrnicas

Las tarjetas electrnicas usadas, son tarjetas estndar dentro del sistema de control

Teleperm XP de Siemens, en la tabla 6, se indica las tarjetas usadas, con su nombre y una

breve descripcin de las mismas.

40

Continuacin Tabla Nro. 5 Listado de Cables [El Autor]

10

1K7008






de Drenaje

11

1K7009






de Drenaje

12

1K7010






de Drenaje

13

1K7011






de Drenaje

Tabla Nro. 6 Listado de Tarjetas [El Autor]

Componentes Que Intervienen En El Sistema

A continuacin (ver Tabla 7) se indican los componentes que forman el esquema,

tanto equipos, como elementos de control e instrumentos de medicin, con su respectivo

Tag, descripcin, tipo de variable y rango de medicin.

Tabla Nro. 7 Listado de Componentes [El Autor]

41

tem

Tag

(Alfanumerico)

Descripcin

Variable

Rango

Medicin

1 1NM08B001 Precalentador Nro. 1 N/A N/A



4

1RQ65S002

Vlvula de Control entrada de

Vapor al Intercambiador de

Calor Nro 1

Posicin

0 a 100 %

5

1RQ66S002



Calor Nro 2

Posicin

0 a 100 %


01

Tarjeta de entrada anloga

RT FUM232

Tarjeta de electrnica de entrada anloga de

sensores de temperatura tipo termocupla y

RTD, para mayor informacin AS 620 B

Automation System TELEPERM XP de

Siemens.

02

Tarjeta de control de

actuador FUM280

Tarjeta de electrnica de salida anloga para

control de actuador de vlvula, para mayor

informacin AS 620 B Automation System

TELEPERM XP de Siemens.

Lazos De Instrumento

No es otra cosa que el circuito elctrico que comunica el DCS con todos los

instrumentos, que de alguna manera u otra se relacionan con el sistema de control, esta

informacin puede ser seales de salida como de entrada al DCS, es usada comnmente

para la prueba del instrumento durante la bsqueda de averas, en el se indica el

42

Continuacin Tabla Nro. 7 Listado de Componentes [El Autor]

6

1RQ67S002



Calor Nro 3

Posicin

0 a 100 %

7

1RQ65S005

Vlvula de Control de Salida de


Calor Nro 1 (Condensado)

Posicin

0 a 100 %

8

1RQ66S005




Posicin

0 a 100 %

9

1RQ67S005




Posicin

0 a 100 %

10

1NM08T001

Temperatura de combustible a la

salida del precalentador Nro. 1

Temperatura

0 a 450 C

11

1NM09T001



Temperatura

0 a 450 C

12

1NM10T001



Temperatura

0 a 450 C

13

1NM08T002

Temperatura de Vapor a la


Temperatura

0 a 450 C

14

1NM09T002



Temperatura

0 a 450 C

15

1NM10T002



Temperatura

0 a 450 C

instrumento conectado, puntos de regleta en bornera del mismo, caja de interconexin y

armarios de control del DCS, en la Tabla 8 se puede observar un listado de estos planos,

para detalles de los lazos ver anexo 4.

Tabla Nro. 8 Listado de Lazos de Instrumentos [El Autor]

43

Item Nombre del plano Descripcin

1

1NM08T001

Lazo de Temperatura de combustible a la salida del

Intercambiador de Calor Nro. 1

2

1NM08T002

Lazo de Temperatura de Vapor (Condensado) a la

salida del Intercambiador de Calor Nro. 1

3

1NM09T001



4

1NM09T002



5

1NM10T001



6

1NM10T002



7

1RQ65S002

Lazo de Corriente de comando a la vlvula de

entrada de Vapor del Intercambiador de Calor Nro. 1

8

1RQ65S002XQ01

Lazo de corriente de retroaviso de posicin de la

vlvula de entrada de Vapor del Intercambiador de

Calor Nro. 1

9

1RQ65S005

Lazo de Corriente de comando a la vlvula de Salida

de Vapor (condensado) del Intercambiador de Calor

Nro. 1

10

1RQ65S005XQ01


vlvula de salida de Vapor (condensado) del


11

1RQ66S002



Pantallas en la Estacin de Operacin

A continuacin (ver tabla 9) se lista la pantalla presente en la estacin de operacin

y en la cual el operador interactuara con el sistema de precalentamiento de combustible

lquido, observara los valores y ejecutara comandos, para mayor detalle de la pantalla ver

anexo 5.

Tabla Nro. 9 Listado de Pantalla [El Autor]

44

tem Nombre de la Pantalla Descripcin

1

1NM12EJ002

Pantalla de control dentro del DCS, para operacin

del sistema

Continuacin Tabla Nro. 8 Listado de Lazos de Instrumentos [El Autor]

12

1RQ66S002XQ01



Calor Nro. 2

13

1RQ66S005



Nro. 2

14

1RQ66S005XQ01




15

1RQ67S002



16

1RQ67S002XQ01



Calor Nro. 3

17

1RQ67S005



Nro. 3

18

1RQ67S005XQ01




CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En esta seccin se presentaran las conclusiones y recomendaciones que constituyen

la apreciacin global de los resultados y las sugerencias que surgieron en el curso de la

investigacin.

CONCLUSIONES

Las siguientes son las conclusiones ms importantes y resaltantes a las que se lleg

al finalizar el trabajo de investigacin.

1.- Se seleccion el esquema de control a implementar en la recuperacin del

sistema de precalentamiento de combustible. Con ello se obtienen mejoras

importantes respecto al originalmente instalado, bsicamente en ahorro

energtico y calidad de control.

2.- Al realizar cambios en el esquema de control, la cantidad de variables de

entrada y salida de sistema de control aumenta, pero sin afectar

considerablemente las labores de mantenimiento y operacin.

3.- Se realiz toda la identificacin de cables, cajas e instrumentos siguiendo la

norma interna de Planta Centro, la cual se basa en la norma alemana KKS

(Sistema de Identificacin de Plantas de Energa Elctrica, acrnimo de

Kraftwerk-Kennzeichen-System).

4.- Todos los planos realizados se encuentran dentro los estndares de Planta

Centro.

5.- Los valores ajustados dentro del controlador, son valores estndares para

este tipo de aplicacin.

6.- El sistema de control del precalentador de combustible es un proceso en el

cual no existen cambios rpidos ni violentos, por lo que el uso de controles

PI es ms que suficiente para realizar un control eficaz del proceso.

7.- Dentro del control secundario, el uso de dos formas de funcionamiento del

mismo garantiza que exista condensado dentro del intercambiador.

45

Adicionalmente contribuye con un control ms preciso de la temperatura

cuando el control principal no logra lo deseado.

8.- En este proyecto se entrega toda la informacin necesaria y suficiente, para

la instalacin y puesta en marcha de un nuevo sistema de precalentamiento

de combustible liquido (Fuel oil Nro. 6) de la unidad generadora Nro. 1 de

Planta Centro.

RECOMENDACIONES

A continuacin se presentan las recomendaciones que se proponen a la Empresa

Planta Centro, para la implementacin y puesta en servicio de este proyecto.

1.- La instalacin del sistema debe ser realizada por personal que tenga

suficiente experticia tcnica en el rea de instrumentacin y as garantizar

una excelente instalacin del sistema

2.- Se debe realizar cursos a los mantenedores que sern responsables del nuevo

sistema, para que los mismos conozcan en detalle los temas mecnicos, de

instrumentos y control modificados.

3.- Se debe realizar cursos de entrenamiento a los operadores que sern

responsables del sistema tanto en el campo como en sala de control en la

operacin del DCS, para que los mismos conozcan el sistema y no cometan

errores por falta de entrenamiento.

4.- Se debe optimizar los parmetros de los controladores al poner en servicio el

sistema. Esto con el fin de obtener el mejor funcionamiento posible del

proceso en automtico.

5.- Se recomienda realizar mantenimiento preventivo a todo el sistema al menos

una vez al ao.

6.- Se debe cambiar la tabla de anotaciones del operador de campo, para que

incluya las variables ms importantes presentes en este nuevo esquema,

segn el criterio de su unidad de soporte operativo.

46

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

[1] Ing. Leruth Alexandre, (2012) Heat exchanger network self-optimising control,

para obtener el titulo de Msc en Procesos. Norway

[2] Ing. Rapun Jimnez Jos Luis, (1999) Tesis Doctoral de Modelo Matemtico

del Comportamiento de Ciclos Combinados de Turbinas de Gas y Vapor de la

Universidad Politcnica de Madrid. pg. 2

[3] Cerezo Toledo David Ricardo, (2005) Tesis Intercambiadores, Trabajo de

Grado como Ingeniero Qumico de la Universidad de San Carlos de Guatemala en

el ao; pg. 28

[4] Ing Lifschitz Eduardo, (1994) Cuadernos Profesionales, Asociacin Argentina

de Control Automtico N 4, Volumen 2, Argentina. Pg. i

[5] Katsuhiko Ogata, (1998) Ingeniera de Control Moderna, Prentice-Hall

Hispanoamericana, S.A. Tercera Edicin,. pg. 3, pg. 5

[6] Smith Carlos A. y Armando B Corripio, (1991) Control Automtico de

Procesos. Teora y Prctica, Versin Espaola, EDITORIAL LIMUSA, S.A.,

Espaa de C.V. pg. 17, Pg. 18, Pg. 17, pg. 19.

[7] Dr. Ing Brizuela E., Ing. LOZA J. C., (2003) Combustin. UBA, Buenos

Aires, Argentina.

[8] Phillips, Operating Instructions RTT 750 402 150 52022; pg. 17.

[9] Phillips, Operating Instructions ASX 740 4012 150 52111; pg. 16

[10] Phillips, Operating Instructions EPX 749 401215053191; pg. 14

[11] Universidad Pedaggica Experimental Libertador (UPEL), (1998, 2002)

Manual de Trabajos de Grado de Especializacin y Maestra y Tesis Doctorales,

Fondo Editorial de la Universidad Pedaggica Experimental Libertador, Caracas

Venezuela; pg. 6

[12] Ing. Ciappina Franco, (2000) Control de Procesos Industriales Continuos,

Universidad de Carabobo, Venezuela.

[13] DIN German Standard din 40050-9

[14] ISA Instrumentation Symbols and Identification ISA-S5.1

[15] ANSI/IEC Norma de Proteccin IP ANSI/IEC 60529-2004

47

[16] IEC Safety Instrumented Systems for the Process Industry IEC 61511

[17] Siemens AS 620 B Automation System TELEPERM XP

48

ANEXOS

49

Anexo 1 Diagrama Simplificado Del Programa

Si

SELECION DEL PROGRAMA A EJECUTAR

Modo de Operacin

Si Modo de Arranque

NO NO

Si

Modo de Operacin

NO

Si Modo Standby

Ir a 3

Ir a 2

Ir a 1

1

SUB-PROGRAMA MODO DE ARRANQUE DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE

1

Modo de

Arranque

Posicin

50 % SI Alto

NO

Posicin Calculada

SI Alto

NO

Ubicar Vlvula

Segn Relacin

Vlvula

RQ65S005XQ001

Ubicar Vlvula

Posicin 50 %

Vlvula

RQ65S002XQ001

2

SUB-PROGRAMA MODO DE OPERACION

TEMP. COMB.

-

- -

MINIMO

MOVER V/V

RQ65S002XQ001

+

+

F(x)

Relacin

Deseada

TEMP.

151,8 C

TEMP, VAPOR

1NM08T002

POS. V/V

RQ65S005XQ001

POS. V/V

RQ65S002XQ001

MOVER V/V

RQ65S002XQ001

+

VALOR

1NM08T001

SETPOINT

TEMP. COMB.

3

SUB-PROGRAMA MODO DE STANDBY

3

Modo

Standby

Posicin

0% Alto SI

NO

Posicin

100% Alto SI

NO

Ubicar Vlvula

Posicin 1OO %

Vlvula

RQ65S005XQ001

Ubicar Vlvula

Posicin 0 %

Vlvula

RQ65S002XQ001

Anexo

Lgica De Control

2

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republ ica bolivariana de vene zuela … · ... y acepta la tutoría del mencionado proyecto...

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