control de un generador de vapor didÁctico...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
CONTROL DE UN GENERADOR DE VAPOR
DIDÁCTICO
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
PRESENTAN
REYNA ANABELL SÁNCHEZ ARANGO FABIAN GONZALEZ MENDEZ
ASESORES M. EN C. RENE TOLENTINO ESLAVA
M. EN C. CARLOS ALBERTO RIVERA GUEVARA
MÉXICO D. F. AGOSTO 2011
DEDICATORIA
DEDICATORIA
DEDICATORIA
Los sueños van más allá del arcoíris Y es que quizás pueda que todo tenga un principio y un final,
puede que al final no sirva de nada luchar, puede que un día despertemos y al abrir los ojos el dolor no exista,
la vida cambia y con ella todo, mantenerse como siempre es lo difícil, porque puedes tenerlo todo y no tener nada, aprende a diferenciar lo realmente importante, a lo largo de la vida las victorias y
las caídas van y vienen solo quien te quiere de verdad permanecerá a tu lado siempre. Date cuenta…… (Autor desconocido).
A Dios.
Por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor.
A mis padres
Olivia Arango Reyes y Jorge Sánchez Manzano
Como un testimonio de mi infinito aprecio y agradecimiento por toda una vida de esfuerzos y sacrificios, brindándome siempre cariño y apoyo cuando más lo necesite. Deseo de todo corazón que mi triunfo como mujer y profesionista lo sientan como el suyo propio. Por sus consejos, valores, motivación, fuerza, entrega, perseverancia, amor y Fe.
Con admiración y respeto
A mis hermanos
Erika Belén y Jorge Alberto
Por confiar y creer en mí. “Uno para todos y todos para uno”, siempre juntos los tres mosqueteros.
A familia y abuelos
Por preocuparse por mi futuro y bienestar, por sus consejos y apoyo, y por muchas cosas
más.
A mi colega Fabian
Por trabajar en equipo hombro a hombro, y confiar en los resultados en base a trabajo y esfuerzo.
Maestros.
Por su gran apoyo y motivación para la culminación de nuestros estudios profesionales y
por encontrar en ellos no solo una fuente de conocimientos sino a verdaderos amigos; Carlos Alberto Rivera Guevara, René Tolentino por su apoyo ofrecido en este trabajo; y
por impulsar el desarrollo de nuestra formación profesional, a tos los profesores que intervinieron en mi formación gracias.
Reyna Anabell
DEDICATORIA
DEDICATORIA
A Dios. Por haberme puesto en esta gran familia de la cual no dejo de darle las gracias todos los
días, por permitirme el don de la vida y por dejarme llegar hasta esta meta.
A mis padres
Emiliano González (+), a quien quisiera tener junto a mí para compartir este gran momento de mi vida.
Alejandra Méndez, por su paciencia, compresión y cariño. Ellos han sido y seguirán siendo motivo de orgullo para mí, porque son un ejemplo de
superación.
A mis hermanos
Lucio, Emilio, Hilda, Rosa, Valentín y Edith que me han apoyado en este tiempo tanto en lo económico como en lo moral.
A mis sobrinos
Humberto, Nancy, Mariana, Emilio, pero especialmente a Paola Montserrat y Elías.
A mi amigos y compañeros
Que a lo largo de este camino me han acompañado, por los momentos que pasamos juntos.
A mis Maestros.
Por transmitirme sus conocimientos, especialmente a mis asesores M. En C. Carlos
Rivera y M. en C. Rene Tolentino quienes me guiaron para la culminación de este trabajo.
A Anabell.
Compañera de trabajo, por los momentos buenos y malos que pasamos durante este tiempo.
Fabian Gonzalez Mendez
ÍNDICE
ÍNDICE
RELACIÓN DE FIGURAS i
RELACIÓN DE TABLAS iii
RESUMEN iv
INTRODUCCIÓN v
OBJETIVO vii
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR 1
1.1 Generadores de Vapor 2
1.1.1 Principio de funcionamiento de un generador de vapor 3
1.1.2 Clasificación de los generadores de vapor 4
1.2 Componentes de un Generador de Vapor 5
1.2.1 Precalentador de aire 5
1.2.2 Hogar y caldera 6
1.2.3 Sobrecalentador 6
1.2.4 Economizador 7
1.2.5 Equipos auxiliares 7
1.3 Fases Termodinámicas del Agua en la Generación de Vapor 8
1.4 Control de un Generador de Vapor 12
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR 13
2.1 Identificación y Funcionamiento del Módulo 14
2.2 Equipos del Módulo Generador de Vapor 15
2.2.1 Generador de vapor 16
2.2.2 Quemador 17
2.2.3 Condensador 18
2.2.4 Bomba de alimentación 18
2.2.5 Acumulador 19
2.2.6 Instrumentación 20
2.3 Servicios y Seguridad 22
2.3.1 Servicios del módulo 23
2.3.2 Seguridad del módulo 24
ÍNDICE
2.4 Condiciones de Operación del Generador de Vapor 25
2.4.1 Arranque 25
2.4.2 Operación normal 26
2.4.3 Paro 28
2.4.4 Paro de emergencia. 29
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN 30
3.1 Identificación de las Variables y sistemas a Controlar 31
3.2 Criterios de Selección de la Instrumentación 31
3.3 Medidores de Flujo 32
3.3.1 Transmisor de flujo másico para gas LP 33
3.3.2 Transmisor de flujo másico de aire 36
3.4 Transmisor de Nivel 38
3.5 Transmisor de Presión 41
3.6 Elementos Finales de Control 42
3.6.1 Válvulas solenoides 42
3.6.2 Válvulas reguladoras 44
3.7 Controlador 46
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO 49
4.1 Balance Estequiométrico 50
4.2 Estrategias de Control 52
4.2.1 Control de Relación para el circuito aire-combustible 52
4.2.2 Control en cascada para el circuito Presión-Nivel del Condensador 54
4.3 Configuración Física del PLC 58
4.3.1 Fuente de alimentación 59
4.3.2 CPU 59
4.3.3 Módulos de entradas y salidas analógicas 61
4.3.4 Módulos de entradas y salidas digitales 62
4.4 Programación del PLC 63
4.4.1 Bloque de control PID 65
4.4.2 Instrucción de escalamiento SCP 67
4.5 Evaluación Económica del Proyecto. 69
4.5.1 Actividades generales 69
4.5.2 Manejo de personal 70
ÍNDICE
4.5.3 Cotización de horas hombre 71
4.5.4 Costos derivados de la adquisición de la instrumentación 71
4.5.5 Productos entregables o aportaciones 73
CONCLUSIONES 74
BIBLIOGRAFÍA 77
ANEXOS 80
ANEXO A DIAGRAMA DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR 81
ANEXO B DTI ACTUAL DEL MÓDULO 82
ANEXO C DIAGRAMA DE FLUJO 83
ANEXO E PROGRAMACIÓN EN ESCALERA 88
ANEXO F DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACION AL PLC 93
ANEXO G SIMBOLOGÍA DEL DTI 95
RELACIÓN DE FIGURAS
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN i
RELACIÓN DE FIGURAS
1.1 Diagrama esquemático de un Generador de Vapor. 3
1.2 Cambio de fase de líquido a vapor. 9
1.3 Diagrama T-v del proceso de calentamiento de agua a presión constante. 11
1.4 Curva de saturación líquido-vapor. 11
2.1 Módulo Generador de Vapor P.A. Hilton Serie S200/00262. 14
2.2 Quemador y ventilador del Generador de Vapor. 17
2.3 Condensador. 18
2.4 Bomba de alimentación. 19
2.5 Acumulador. 19
2.6 Medidores de flujo de gas, agua de alimentación y condensado. 20
2.7 Indicador analógico digital de CO2. 21
2.8 Manómetro (presión de vapor) y vacuómetro (presión del condensador). 21
2.9 Indicador de temperatura. 22
2.10 Lámparas indicadoras. 24
2.11 Interruptores. 26
3.1 Transmisor de flujo másico con indicador Medigas CON-M. 33
3.2 Instalación del transmisor Medigas CON-M. 35
3.3 Transmisor de flujo de aire Fox FT2. 36
3.4 Inserción del transmisor FT2 en la tubería. 38
3.5 Sonda capacitiva de nivel Vegacal 63. 39
3.6 Instalación del transmisor de nivel. 40
3.7 Alimentación de tensión/salida de señal (4 mA a -20mA) de la sonda capacitiva. 40
3.8 Transmisor de presión SEDT FESTO. 41
3.9 Conexión del transmisor de presión SEDT FESTO. 42
3.10 Válvula solenoide de 2 vías normalmente cerrada Neumak. 43
3.11 Instalación de válvulas solenoides. 43
3.12 Válvula reguladora tipo globo 2712. 44
3.13 Instalación de válvulas reguladoras 45
3.14 PLC SCL 5/04 de Allen-Bradley. 47
RELACIÓN DE FIGURAS
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN ii
4.1 Arquitectura de control de la relación aire-combustible. 53
4.2 Esquema de la propuesta de control de la relación aire-combustible 54
4.3 Diagrama a bloques del control en cascada. 55
4.4 Diagrama a bloques del control en cascada de presión-nivel. 56
4.5 Curva de las variables de proceso en función del retardo en la respuesta. 57
4.6 Esquema de la propuesta del control en cascada Presión-Nivel del condensador. 57
4.7 Configuración física del PLC 59
4.8 CPU SCL 5/04 con puerto de comunicación. 60
4.9 Instrucción PID. 65
4.10 Parámetros del bloque PID. 66
4.11 Configuración del bloque de control. 67
4.12 Bloque de la instrucción SCP. 68
RELACIÓN DE TABLAS
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN iii
RELACIÓN DE TABLAS
3.1 Características del Generador de Vapor. 32
3.2 Datos técnicos del transmisor de gas Midegas CON-M. 34
3.3 Datos técnicos del transmisor de flujo de aire Fox FT2. 37
3.4 Datos técnicos de la sonda capacitiva de nivel Vegacal 63. 39
3.5 Datos técnicos del transmisor de presión SEDT FESTO. 41
3.6 Datos técnicos de la válvula solenoide. 43
3.7 Datos técnicos de la válvula reguladora tipo globo 2712. 46
3.8 Datos técnicos del PLC SCL 5/04 de Allen-Bradley. 48
4.1 Señales de entrada. 58
4.2 Señales de salida. 58
4.3 Intervalos de tensión y corriente de las entradas del módulo. 62
4.4 Especificaciones de los módulos E/S digitales. 62
4.5 Valores para la instrucción SCP. 69
4.6 Descripción de actividades generales 70
4.7 Descripción de actividades del personal 70
4.8 Costos mínimos de horas-hombre. 71
4.9 Costo de materiales 72
RESUMEN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN iv
RESUMEN
En este trabajo se elaboró una propuesta de control para el Módulo didáctico de
Generación de Vapor P. A. HILTON LTD, para el sistema aire-combustible y las
variables Presión-Nivel del condensador, el DTI de las condiciones actuales del
módulo y el de la propuesta de control.
Se identificaron los equipos y componentes que integran el módulo de generación
de vapor, así como las variables y equipos que pueden ser controladas, la cuales
son: sistema aire-combustible, el condensador, flujo de agua de alimentación y
flujo de vapor, de los cuales solo se trabajó con los dos primeros.
Identificadas las variables se seleccionó la instrumentación adecuada al proceso,
integrada por transmisores de presión, flujo y nivel, los elementos finales de
control y el PLC. Posteriormente se obtuvo la estrategia de control de relación
para el sistema aire-combustible y el control en cascada para el condensador.
Estas estrategias de control se programaron en un lenguaje estándar en el PLC.
Finalmente se obtuvo el DTI de la propuesta con un sistema de control que
permitirá en un futuro integrar una interfaz Hombre-Máquina (HMI) en el Módulo.
INTRODUCCIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN v
INTRODUCCIÓN
Los Generadores de Vapor son equipos con amplias aplicación en la industria, en
la actualidad, los Generadores de Vapor han alcanzado tal desarrollo tecnológico,
que sus eficiencias se sitúan normalmente entre el 80% y el 90%, dependiendo del
tipo de combustible empleado y del uso de equipos de recuperación. La razón de
su uso generalizado es que casi todos los procesos de manufactura requieren de
vapor para la fabricación de sus productos, además de ser un fluido disponible y
económico. Los generadores de vapor suministran energía térmica en alguna
parte de diversos procesos de fabricación.
En México, la tercera parte de la energía eléctrica utilizada a nivel nacional, es
consumida por la industria. Este requerimiento energético demandado por la
industria lo conforman principalmente las calderas, donde se utilizan para la
generación de vapor, el cual se requiere para suministrar trabajo mecánico y calor
a los procesos para su producción. Es por ello que los instrumentos y sistemas de
control son esenciales en todas las instalaciones de generación de vapor para
promover la seguridad, operación confiable y económica de estas instalaciones.
En la presente tesis se propone realizar el Control del sistema de Combustión y
Condensador de un Generador de Vapor Didáctico, mediante un Controlador
Lógico Programable. El Módulo de Generación de Vapor S200/00262 es una
herramienta didáctica teórico-práctica con el que cuenta la carrera de Control y
Automatización de la ESIME Zacatenco, este equipo servirá como aporte a
materias como Modelado de Sistemas, Elementos Primarios de Medición,
Procesos Industriales.
Esta tesis desarrolla una propuesta que traerá consigo el apoyo necesario y
académico a los alumnos de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización,
el cual permita realizar prácticas cubriendo los siguientes aspectos:
INTRODUCCIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN vi
a) Identificar las variables involucradas en los procesos de generación de
vapor.
b) Verificar que la instrumentación del proceso esté en condiciones de operar.
c) Manipular una plataforma flexible en la que se pueda modificar la
programación del sistema de control.
El correcto funcionamiento de prácticas bajo el esquema anterior permitirá que los
egresados adquieran conocimientos prácticos aplicables a cualquier proceso de la
industria. Al final de este trabajo se pretende aportar el desarrollo del diseño de
una propuesta de instrumentación y control para que el módulo Generador de
Vapor brinde mayores beneficios para la realización de prácticas.
OBJETIVO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN vii
OBJETIVO
Realiza la propuesta de control del sistema de combustión y condensador de un
Generador de Vapor Didáctico marca P. A. LTD, mediante un Controlador Lógico
Programable.
CAPÍTULO I
FUNDAMENTOS DE
GENERADORES DE VAPOR
En este capítulo se muestra el principio de funcionamiento de los generadores de
vapor, su clasificación y las partes que lo conforman. También se presenta el
comportamiento termodinámico en la generación de vapor y los procesos
controlables de un Generador de Vapor.
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 2
1.1 Generadores de Vapor
Los Generadores de Vapor son utilizados en varios sectores industriales, ya que el
vapor es un fluido importante en diversos procesos de industrias como las
refinerías petroleras, industrias químicas, elaboración de alimentos y bebidas,
pero la aplicación más conocida es la destinada a la generación de energía
eléctrica. El vapor presenta muchas ventajas, entre las cuales se pueden
mencionar:
Es estéril, limpio, no toxico y no ensucia si hay fugas.
Tiene excelentes propiedades para transferir calor.
Transmite calor a una temperatura constante que es controlada por su
presión.
Es transportado por la presión generada y es fácilmente controlable.
Sin embargo, el Generar Vapor también presenta algunas desventajas:
El agua utilizada debe de ser tratada para eliminar sus impurezas.
Se tiene un proceso de oxidación debido al oxígeno presente en el agua.
En su obtención se liberan al ambiente gases que contaminan la atmósfera.
La tubería en que es transportado debe tener un aislamiento para evitar la
pérdida de calor.
El Generador de Vapor está puntualizado como el conjunto de sistemas formado
por una caldera y sus accesorios, destinados a transformar un líquido en vapor, a
una temperatura y presión requerida. Un Generador de Vapor está constituido por
una caldera con su hogar, un precaletador de aire, un economizador y un
sobrecalentador.
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 3
1.1.1 Principio de funcionamiento de un generador de vapor
El principio de funcionamiento de un Generador de Vapor es muy sencillo: se
requiere evaporar agua y sobrecalentar el vapor obtenido mediante la energía
liberada de una reacción de combustión. La figura 1.1 muestra el esquema de un
Generador de Vapor típico, en esta figura se muestra de manera general los
componentes de un Generador de Vapor.
Figura 1.1 Diagrama esquemático de un Generador de Vapor.
El Generador de Vapor funciona de la siguiente manera:
El agua de alimentación, antes de entrar en el sistema generador de vapor
pasa por un intercambiador de calor denominado economizador, el cual
precalienta el agua, utilizando como fluido calefactor los gases de
combustión.
Después del economizador el agua llega al Domo superior, y de allí,
mediante los tubos de agua accede al domo inferior, donde entra en
contacto con la zona de calor. El propósito de este arreglo consiste en
reducir el volumen de agua y aumentar la superficie que está en contacto
con la fuente de calor obteniendo así una transferencia de calor rápida.
Agua de alimentación
Domo
superior
Domo
inferior
Aire
calienteTubos de agua
Eco
no
miz
ad
or
Sobrecalentador
Toma
de aire
Hogar
Combustible
Aire de combustión
Ventilador de
tiro forzado
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 4
Al ascender el agua se va vaporizando en parte, formando una mezcla de
vapor y agua al llegar de nuevo al domo superior donde se separan.
El vapor que sale del domo superior llega a otro intercambiador de calor
llamado sobrecalentador el cual eleva su temperatura para finalmente ser
enviado como vapor sobrecalentado al proceso requerido.
1.1.2 Clasificación de los generadores de vapor
Existen varias formas de clasificación de los generadores de vapor, entre las que
se pueden señalar:
1.-Circulación del agua y los gases calientes en la zona de tubos, se tienen:
Pirotubulares o de tubos de humo. En estas caderas los humos pasan por
dentro de los tubos cediendo su calor al agua que los rodea.
Acuatubulares o de tubos de agua. El agua circula por dentro de los tubos,
captando calor de los gases calientes que pasan por el exterior. Permiten
generar grandes cantidades de vapor sobrecalentado a presión alta y
temperatura alta, se usa en plantas térmicas para generación de energía
eléctrica.
2.-Según la presión de trabajo.
Presión Baja: de 0 kg/cm2 - 2.5 kg/cm2.
Presión Media: de 2.5 kg/cm2- 10 kg/cm2.
Presión Alta: de 10 kg/cm2- 220 kg/cm2.
Supercríticas: más de 220 kg/cm2.
3.-Según su generación.
De agua caliente.
De vapor: saturado o húmedo
Vapor Sobrecalentado.
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 5
4.- Según la circulación de agua dentro de la caldera.
Circulación natural: el agua se mueve por efecto térmico.
Circulación forzada: el agua se hace circular mediante bombas.
5.- Por la posición de los tubos se clasifican en.
Verticales.
Horizontales.
Inclinados.
6.- Por la forma de los tubos se clasifican en.
Tubos rectos.
Tubos curvados.
1.2 Componentes de un Generador de Vapor
Un Generador de Vapor emplea para la generación del vapor las materias primas;
agua, combustible y aire. En la producción de vapor, es la manipulación de estas
tres materias las que proporcionan la cantidad y la calidad de vapor en las
condiciones más económicas.
Por lo cual los Generadores de Vapor son tan variados que pueden estar
constituidos por varios componentes para mejorar la calidad del vapor, reducir
costos y eficientar el sistema. Un Generador de Vapor está constituido
básicamente por una caldera con su hogar, precaletador de aire, economizador,
sobrecalentador y algunos equipos auxiliares.
1.2.1 Precalentador de aire
Los precalentadores de aire tienen dos funciones que son: enfriar los gases antes
de emitirse a la atmósfera para mejorar la eficiencia del generador e incrementan
la temperatura del aire que se envía al hogar para la combustión. En el caso de
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 6
quemado de combustibles sólidos con un alto contenido de humedad (como la
madera o el bagazo) el uso del precalentador de aire es sumamente importante
para tener una buena combustión y un buen funcionamiento del sistema de
quemado. Las ventajas más importantes de los precalentadores de aire son:
Aprovechamiento del calor que en otra forma se perdería, lo que se traduce
en un aumento del rendimiento del Generador de Vapor.
Mejora la combustión.
Aumenta la producción de vapor.
1.2.2 Hogar y caldera
El hogar es un espacio amplio y cerrado, para la quema del combustible. Una
temperatura excesiva de los humos a la salida del hogar hacia los bancos
tubulares puede provocar una acumulación de partículas en el lado exterior de los
tubos o una temperatura excesiva del acero de los mismos.
Aunque el término caldera comprende el sistema total de generación de vapor, en
una caldera se excluye el economizador, el sobrecalentador, el precalentador de
aire y cualquier otro componente no comprendido en el sistema de circulación
agua-vapor. El tamaño de la caldera depende de la producción de vapor y su
configuración viene determinada por el sistema de combustión, las características
de la ceniza, la presión de operación y la capacidad de generación de vapor.
1.2.3 Sobrecalentador
Se diseña en forma de bancos de tubos alineados para incrementa la temperatura
del vapor saturado; son intercambiadores de una sola fase de flujo cruzado, con
vapor por el interior de los tubos y flujo de gases de combustión por el exterior de
los tubos. Se fabrican con aceros aleados por las temperaturas altas de operación
y están configurados para controlar la temperatura de salida del vapor, la caída de
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 7
presión en el flujo del vapor y mantener la temperatura del metal dentro de los
límites aceptables.
El sobrecalentador, está dividido en secciones múltiples, para facilitar el control de
la temperatura del vapor y optimizar la recuperación del calor. El diseño y
ubicación de las superficies (que pueden ser horizontales o verticales), depende
de las temperaturas de salida, la absorción calorífica, las características del
combustible y las peculiaridades del equipo de limpieza del lado de gases.
1.2.4 Economizador
El economizador es un intercambiador de calor de flujos en contracorriente que
ayuda a mejorar la eficiencia, ya que recupera la energía residual de los gases,
incrementando la temperatura del agua del sistema que entra a la caldera del
Generador de Vapor. El banco tubular dispone de tubos en serpentines
horizontales paralelos, con el flujo de agua por el interior de los tubos, en
contracorriente con el flujo de los humos.
El espaciado de los tubos tiene que ser el menor posible para facilitar el
intercambio térmico, la limpieza de la superficie tubular exterior y una caída de
presión baja en el lado de gases. En el economizador no se genera vapor, solo se
incrementa la temperatura del agua de alimentación antes de entrar al Generador
de Vapor.
1.2.5 Equipos auxiliares
Las calderas también cuentan con equipos auxiliares para la generación de vapor,
estos pueden ser:
a) Bomba de agua de alimentación: Para mantener el flujo de agua
necesario de acuerdo a la demanda de vapor. Puede ser operada
manualmente o por medio de un control.
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 8
b) Ventilador del sistema de aire: Debe ser regulado en proporción
adecuada al combustible para mantener una combustión correcta.
c) Tanque de retorno de condensados: Es un recipiente que contiene el
agua de alimentación de la caldera y debe de cumplir con las funciones de
mantener una reserva mínima de agua, recuperar el agua de los retornos
de los condensados y precalentar el agua de alimentación a la caldera.
d) Instrumentación y control: Las necesidades de operación en los
Generadores de Vapor para uso industrial exigen el empleo de controles
automáticos e instrumentación adecuada para las variables principales,
como son el flujo del agua de alimentación, nivel de agua en el domo, flujo
de combustible, flujo de aire, temperatura y presión del vapor para
garantizar el funcionamiento del generador bajo las condiciones y
requerimientos especificados.
1.3 Fases Termodinámicas del Agua en la Generación de Vapor
El agua es una sustancia pura debido a que contiene una composición química fija
en todas las fases y su característica principal es la homogeneidad. Al estudiar las
fases o cambios de fase, no es necesario interesarse en la estructura y
comportamiento moleculares de las diferentes fases.
El uso de vapor como fluido se justifica por su gran variedad de propiedades, en
particular porque es económico de producir, además de que transporta gran
cantidad de energía por unidad de masa debido al cambio de fase. En la figura 1.2
se muestra los diferentes estados del cambio de fase de líquido a vapor.
De acuerdo con la figura 1.2, en el estado 1 el agua líquida se encuentra a 20 ºC y
1 atm de presión, en estas condiciones el agua existe en fase líquida y se
denomina líquido comprimido o líquido subenfriado. Se transfiere calor al agua
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 9
hasta que la temperatura aumenta, y a medida que esta aumenta, el agua líquida
tendrá cierta expansión.
Figura 1.2 Cambio de fase de líquido a vapor.
Conforme se transfiere calor la temperatura aumentará hasta alcanzar 100 ºC, en
este punto el agua sigue siendo un líquido, pero cualquier aumento de calor
provocará que algo del líquido se evapore. Un líquido que está a punto de
evaporarse recibe el nombre de líquido saturado, que corresponde al estado 2 de
la figura 1.2.
Una vez que empieza la ebullición solo se detendrá hasta que el líquido se
evapore por completo, la temperatura permanecerá constante durante todo el
proceso de cambio de fase, si la presión se mantiene constante. Durante el
proceso de ebullición, el único cambio observable es un aumento en el volumen y
una disminución constante en el nivel del líquido.
A 1 atm y 20 ºC el agua está en fase líquida (líquido comprimido).
A 1 atm de presión la temperatura permanece constante de 100 ºC, hasta que la última gota de agua se evapora (vapor saturado).
A una presión de 1 atm y 1000 ºC el agua existe como un líquido que está listo para evaporarse (líquido saturado).
Cuando se transfiere más calor, parte del líquido saturado se evapora (mezcla saturada de líquido-vapor).
Cuando se transfiere más calor, la temperatura del vapor empieza aumentar (vapor sobrecalentado).
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 10
Cuando esté a la mitad de la línea de evaporación el cilindro contendrá cantidades
iguales de líquido y vapor (estado 3 de la figura 1.2), conforme se añada calor, el
proceso de evaporación continuará hasta que la última gota de líquido se evapore.
En ese punto, el cilindro se llena por completo con vapor que está sobre el borde
de la fase líquida, cualquier pérdida de calor causará que algo de vapor se
condense.
Un vapor apunto de condensarse recibe el nombre de vapor saturado. Por tanto, el
estado 4 (figura 1.2), es un estado de vapor saturado. Una sustancia entre los
estados 2 y 4 se conoce como una mezcla saturada de líquido-vapor, debido a
que las fases líquida y de vapor coexisten en equilibrio en estos estados.
Una vez que el proceso de cambio de fase termina, se alcanza una región de una
sola fase (vapor) y una trasferencia adicional de calor resultará en un aumento de
la temperatura así como del volumen específico (estado 5 de la figura 1.2). En el
estado 5 la temperatura del vapor es por dar un valor, 300 ºC; si se transfiere algo
de calor del vapor, la temperatura descenderá un poco pero no ocurrirá
condensación mientras que la temperatura permanezca sobre 100 ºC (en P=1
atm).
Un vapor que no está a punto de condensarse (es decir, no es vapor saturado) se
denomina vapor sobrecalentado, por tanto, el agua en el estado 5 es un vapor
sobrecalentado. El proceso de cambio de fase con presión constante descrito
anteriormente, se ilustra en el diagrama T-v en la figura 1.3.
La temperatura en la que se da el cambio de fase depende de la presión; si la
presión es contante, también lo es la temperatura de ebullición. La razón por la
que el agua empezó a hervir a 100 ºC fue porque se mantuvo la presión contante
de 1 atm (101.35 kPa).A una presión dada, la temperatura a la que una sustancia
pura cambia de fase se llama temperatura de saturación Tsat. Del mismo modo, a
una temperatura determinada, la presión a la que una sustancia pura cambia de
fase recibe el nombre de presión de saturación Psat.
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 11
Figura 1.3 Diagrama T-v del proceso de calentamiento de agua a presión constante.
Durante el proceso de cambio de fase la presión y la temperatura son propiedades
dependientes y con una relación entre ellas. La gráfica de Tsat contra Psat, que se
muestra en la figura 1.4, recibe el nombre de curva de saturación de líquido-vapor,
esta curva es característica de todas las sustancias puras. En la gráfica se
observa que la Tsat aumenta con la Psat. En consecuencia, una sustancia a
presiones mayores hervirá a temperaturas más altas.
Figura 1.4 Curva de saturación líquido-vapor.
CAPÍTULO I FUNDAMENTOS DE GENERADORES DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 12
1.4 Control de un Generador de Vapor
El control de un Generador de Vapor es amplio e incluye la instrumentación, toma
y proceso de los datos. Las variables que se pueden controlar en el proceso de
generación de vapor son:
Nivel de agua en el domo superior.
Flujo de agua de alimentación.
Presión del vapor.
Temperatura del vapor.
Flujo de vapor.
Flujo de aire que ingresa al hogar.
Flujo de combustible.
Los circuitos a controlar en el proceso de generación de vapor son multivariables,
como es el circuito de aire-combustible o el circuito agua-vapor, que a su vez
interactúan con los demás circuitos. Uno de los requisitos más importantes para el
sistema de control es que sea capaz de reconocer los cambios en la demanda de
la carga.
Para ello es necesario conocer las especificaciones y equipos que componen el
Generador a controlar, y de esta manera determinar las estrategias más
adecuadas para su control. La selección de la instrumentación también estará
determinada por las características del equipo, las marcas de fabricantes y la
existencia de los mismos que sirvan para el proceso a controlar.
CAPÍTULO II
DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO
GENERADOR DE VAPOR
En este capítulo se describe el funcionamiento del Módulo Generador de Vapor P.
A. Hilton, la identificación de sus componentes y equipos, así como los servicios
necesarios y de seguridad para su correcta utilización. También se describen las
condiciones de operación del Módulo para su arranque, operación, paro normal y
paro de emergencia.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 14
2.1 Identificación y Funcionamiento del Módulo
Este Módulo es una unidad que incluye un Generador de Vapor de tipo serpentín
continuo que produce vapor sobrecalentado, una unidad de condensación
(encapsulado diseñado en vidrio) con eyector de chorro de agua, una bomba de
agua de alimentación, un depósito de agua (suplementario) y un sistema cerrado
de agua de alimentación. La instrumentación actual del módulo permite la
medición de las magnitudes como son la presión del vapor, temperatura en
diferentes puntos, flujo de agua alimentación, flujo agua de enfriamiento, flujo de
gas y la cantidad de dióxido de carbono.
En la figura 2.1 se muestra el Módulo Generador de Vapor con el Generador de
Vapor y quemador (izquierda.), condensador (derecha.), bomba de agua de
alimentación y su instrumentación. El generador emplea como combustible gas
L.P.
Figura 2.1 Módulo Generador de Vapor P.A. Hilton Serie S200/00262.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 15
El anexo A muestra el diagrama del Módulo Generador de Vapor y el anexo B el
DTI actual, los cuales ayudan a comprender el funcionamiento del mismo. El
proceso de generación del vapor comienza por el hogar, a través de un proceso
de combustión de gas LP que proporciona el calor necesario para evaporar el
agua destilada que alimenta al Generador de Vapor.
El agua de alimentación es presurizada por la bomba de alimentación la cual pasa
a través de un acumulador y de un medidor de flujo antes de llegar al Generador
de Vapor. El agua destilada pasa a través de los serpentines del Generador de
Vapor donde se lleva a cabo la transferencia de calor por convección.
Al salir el vapor del Generador circula por la tubería principal que lo transporta
hasta llegar a la válvula de aislamiento bloqueable que es una conexión a otras
unidades y a la válvula de derivación que permite el ingreso del vapor al
condensador para tener un ciclo cerrado. En el condensador también hay una
transferencia de calor por convección para condensar el vapor, y de aquí inicia
nuevamente el proceso para generar vapor.
2.2 Equipos del Módulo Generador de Vapor
Los equipos que componen el Módulo Generador de Vapor son parte importante
para el proceso de generación del vapor, este Módulo cuenta con los siguientes
equipos:
Generador de Vapor.
Quemador.
Condensador.
Bomba de agua de alimentación.
Acumulador.
Instrumentación.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 16
2.2.1 Generador de vapor
Este es de tipo “serpentín continuo” o “de paso único”, en el que la superficie de
transmisión de calor tiene la forma de un solo tubo. En este Generador el tubo
está formado por serpentines en forma de espiral horizontales planos que se unen
para formar una solo extensión de tubos.
El agua es impulsada mediante la bomba de alimentación a través de los
serpentines y los gases calientes provenientes del proceso de combustión fluyen a
través de los espacios existentes entre los serpentines para incrementar la
temperatura del agua y vaporizarla. Cuando el agua ha alcanzado la salida del
último serpentín se encuentra como vapor sobrecalentado, según las condiciones
de funcionamiento.
Esta clase de equipos tiene un contenido de agua muy bajo, lo que permite al
vapor producirse muy rápidamente a partir de condiciones de temperatura baja,
respondiendo dinámicamente a los cambios de combustión. Al no existir un
recipiente grande a presión que contenga vapor y agua a presión alta, el riesgo de
que se produzca una explosión es inexistente. Sin embargo, no debe permitirse
que el generador funcione sin un adecuado abastecimiento de agua de
alimentación ya que ello causaría el sobrecalentamiento de los tubos.
Una válvula de retención (válvula antiretorno) se acopla a la salida del primer
serpentín, y al abandonar el último serpentín el vapor pasa a un distribuidor
provisto de una válvula de seguridad, un indicador de paro por temperatura alta y
medidores de presión y temperatura. En la cubierta existe una sonda de gas de
combustión dentro del tubo, y un sensor de temperatura ambos acoplados al tubo
de salida de humos.
Es posible controlar la calidad de vapor producido que puede variar, de
sobrecalentado a saturado, esto dependerá directamente de la presión y
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 17
temperatura; para lo cual se requiere un caudal de agua de alimentación y la
cantidad de calor adecuada a la carga. Se puede producir vapor a una presión
máxima de 10 bar y 220 ºC, a un flujo de 7.5 kg/h.
2.2.2 Quemador
En la figura 2.2 se observa el quemador que se encarga de mantener la
combustión en el hogar, esté tiene una forma cilíndrica forrada con fibras
cerámicas aislantes. Los gases calientes ascienden desde el quemador y fluyen a
través de los serpentines del generador de vapor. El aire primario que se produce
del ventilador, se mezcla con el gas combustible y con ayuda del piloto se genera
una llama. El aire suplementario, controlado por una compuerta radial en la base
del hogar propaga la llama.
Figura 2.2 Quemador y ventilador del Generador de Vapor.
El quemador tiene una llama auxiliar provista de un dispositivo de apagado de
llama que interrumpe el paso del flujo de gas a la cámara de combustión principal
a menos que la llama auxiliar se encienda. Este dispositivo contribuye a la
seguridad del quemador si el suministro de gas o de electricidad falla.
Ventilador
Quemador
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 18
2.2.3 Condensador
El condensador es una cámara con paredes de vidrio templado provista de un
serpentín de refrigeración de agua, como se aprecia en la figura 2.3. El
condensador dentro del generador de vapor cumple cuatro funciones importantes:
a) Actúa como depósito de agua de alimentación (esto es, como un pozo de
condensado o tanque de alimentación).
b) Condensa cualquier vapor producido que exceda del requerido por una
unidad conectada al Módulo.
c) Transmite calor y permite un balance energético del Generador de Vapor.
d) Recibe el agua de condensación.
Figura 2.3 Condensador.
2.2.4 Bomba de alimentación
La bomba de alimentación (figura 2.4) es de simple efecto (de desplazamiento
positivo), y succiona el agua del condensador en donde se tiene una presión de
vacío y la impulsa al Generador de Vapor a través de un acumulador, una válvula
de mando de alimentación y un medidor de flujo.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 19
Figura 2.4 Bomba de alimentación.
2.2.5 Acumulador
La figura 2.5 muestra el acumulador el cual es un dispositivo automático de caudal
regulable acoplado a una válvula de retorno. Cumple con las siguientes funciones:
a) Convertir en un caudal uniforme de agua de alimentación el caudal
fluctuante producido por la bomba de alimentación de simple efecto.
b) Volver a descargar el agua sobrante en el condensador cuando la cantidad
de agua requerida por el generador de vapor sea menor que la
implementada por la bomba de alimentación.
Figura 2.5 Acumulador.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 20
2.2.6 Instrumentación
La instrumentación con la que cuenta el Módulo Generador de Vapor es la
siguiente:
Tres medidores de flujo:
Rotámetro para medir el flujo de gas combustible con un intervalo de 800
cm3/min a 4000 cm3/min.
Medidor de flujo de agua de alimentación desde 20 cm3/min hasta 280
cm3/min.
Rotámetro para el agua de enfriamiento con un intervalo de 4 gal/s a 50
gal/s.
En la figura 2.6 se observan los medidores de flujo del Módulo didáctico.
Figura 2.6 Medidores de flujo de gas, agua de alimentación y condensado.
Válvula de descarga rápida. Válvula de resorte manual que descarga el vapor en
el condensador.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 21
Contador de CO2 digital con indicador de CO2 (figura 2.7).
Figura 2.7 Indicador analógico digital de CO2.
Manómetros: En la figura 2.8 se muestran los manómetros del Generador de
Vapor y el condensador, con un intervalo de 0 bar a 16 bar manométricos
(Generador de Vapor) y de -1 bar a 1bar (condensador).
Figura 2.8 Manómetro (Generador de Vapor) y manovacuómetro (condensador).
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 22
Indicado de Temperatura digital que muestra la temperatura de termopares tipo K
instalados en diferentes partes del Generador de Vapor (figura 2.9).
Figura 2.9 Indicador de temperatura.
Control manual de:
Caudal de combustible.
Caudal de agua de alimentación.
Caudal de agua de enfriamiento.
Extracción de aire.
Presión de vapor de la válvula de descarga.
2.3 Servicios y Seguridad
Otros datos importantes que se tienen que tomar en cuenta son los servicios
necesarios que requiere el Módulo Generador de vapor, así como los dispositivos
con los que cuenta para garantizar la seguridad durante su funcionamiento.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 23
2.3.1 Servicios del módulo
Los servicios que requiere el Módulo Generador de Vapor para su operación son:
1. Alimentación Eléctrica.
200 W, 220/240 V, monofásico, 50 Hz.
200 W, 120/120 V, monofásico, 60 Hz.
2. Agua de enfriamiento.
Flujo continúo de 5 L/min y 25 m de altura piezométrica.
Flujo intermitente 25 L/min con 25 m de altura piezométrica para accionar el
eyector de agua.
3. Agua destilada. 1 litro de agua por cada 10 horas de funcionamiento para
alimentar el depósito de agua.
4. Conducto de humos. Los gases de la combustión del Módulo (a unos 190 °C)
son producidos a la misma velocidad que en un gran quemador de gas, puede
existir un exceso de CO de 100 ppm de aire reducido suplementario. A menos
que el Módulo sea instalado en un lugar permanentemente bien ventilado, los
gases de combustión deberán ser canalizados hacia el exterior del edificio.
5. Combustible Gaseoso. Principalmente butano, propano o mezcla de estos de
28 a 30 mbar. El consumo de gas es aproximadamente de 0.6 kg/h.
6. Sistema de alimentación. Sistema de alimentación cerrado con bomba
aspirante e impulsora, acumulador con válvula de retorno y depósito de agua
de relleno, flujo máximo aproximado de 3.5 cm3/s.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 24
2.3.2 Seguridad del módulo
La seguridad es importante, por ello el Módulo Generador de Vapor cuenta con
una serie de dispositivos, y unas lámparas indicadoras (figura 2.10), que
contribuyen a una operación y funcionamiento más seguros. Algunos de los
dispositivos de seguridad son:
a) Válvula de seguridad que descarga vapor si la presión excede los 10 bar.
b) Interruptor de presión alta de vapor que opera a una presión aproximada de
9.5 bar, apagando el quemador y se restablece a 8.5 bar.
c) Un termopar que detecta la temperatura de los gases de combustión, si se
produce una disminución en el agua de alimentación, la temperatura se
eleva y apaga el quemador
d) Si la temperatura del vapor al salir del generador y si ésta alcanza los 225
ºC, un controlador apaga el quemador.
e) El quemador tiene una llama auxiliar provista de un dispositivo de apagado
de llama que interrumpe el paso del gas al hogar en caso de fallar el
suministro de gas o de energía eléctrica.
f) Una válvula de seguridad localizada en el condensador.
Figura 2.10 Lámparas indicadoras.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 25
2.4 Condiciones de Operación del Generador de Vapor
2.4.1 Arranque
Para llevar a cabo el arranque correcto del Módulo se considera lo siguiente.
Suministro de electricidad: Comprobar que la tensión eléctrica que requiere el
Módulo es de 200 W, 120/120 V, monofásico, 60 Hz, (tierra) o 200 W, 220/240 V,
monofásico, 50 Hz (tierra).
Agua de enfriamiento: Cerciorarse que se tenga agua de alimentación para
enfriar el condensador. Verificar el flujo en el rotámetro, el cual debe de tener un
gasto fijo posible de 10 gal/s. Asegurarse que el tanque con agua destilada cumpla
los límites de nivel inferior con un flujo de agua destilada que debe ser de 40
cm3/min.
Suministro de gas: Revisar la alimentación de gas LP en el rotámetro (control de
flujo de combustible, gas LP), teniendo seleccionado un flujo mínimo esto es al
iniciar el encendido del quemador por primera vez para lograr el encendido, de lo
contrario con mayor flujo de gas no encenderá. Verificar que la llave de paso del
combustible esté abierta (parte posterior del equipo).
Válvulas de conexión a otras unidades: Asegurarse que la válvula de
aislamiento “Vapor a otras unidades” esté cerrada y bloqueada y que la tapa de
cierre esté en su lugar. Así mismo asegurarse que la válvula “retorno de otras
unidades” esté cerrada.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 26
2.4.2 Operación normal
Cumpliendo con los requerimientos anteriores se procede a arrancar propiamente
el equipo encendiendo los interruptores de los quemadores principales (“Burner-
Mains”), figura 2.11.
Figura 2.11 Interruptores.
Es importante suministrar poco a poco el combustible, girar media vuelta la perilla
del rotámetro del gas combustible (“fuel gas”) y presionar una vez el botón blanco
del control del quemador (“burner control”). Al presionar el botón este da lugar a
encender el piloto del quemador y a generar una chispa. Una vez que enciende el
quemador se prenderá una luz naranja situada debajo del botón blanco. Después
se sitúa el indicador de temperatura en la posición No. 2.
Por cuestiones de construcción del sistema de encendido para el quemador, se
deben de cumplir las siguientes recomendaciones, ya que se requiere un
precalentamiento del agua de alimentación, la cual debe de ser destilada.
Proporcionar gas combustible del rotámetro de alimentación con un flujo mínimo
(800 cm3/min), posteriormente regular la entrada de aire en el ventilador, para
permitir el inicio de encendido en el quemador por primera vez, este tiene que
restringirse aproximadamente al 80% hasta alcanzar una temperatura de 90 ºC a
100 ºC, después de esta temperatura, se podrá aumentar la alimentación de gas y
abrir al 100% la alimentación de aire de combustión.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 27
Ajustar rotámetro de alimentación de agua a 40 cm3/min (control de agua de
alimentación, “feed water control”) que proporciona la bomba de simple efecto.
Verificar que el condensador tenga el nivel indicado de agua condensada, si no la
tiene asegurarse que el tanque de agua destilada contenga agua. Para
proporcionar agua destilada se gira la válvula “make up”.
Observar que la temperatura de la presión de vapor del generador se incremente,
visualizándose la misma en el indicador de temperatura, se debe alcanzar un valor
de 220 °C y el valor limite es de 90 °C, la presión como lo indica el manómetro
medidor de la presión de vapor alcanza los 800 kN/m2.
El manómetro de presión de descarga del condensador (“dump condenser
presure”) debe marcar un máximo de 10 kN/m2, la válvula de descarga (“dump
valve”), debe tener un 30% de apertura para visualizar la presencia de vapor en el
depósito de descarga del condensador (“dump condenser”). Así mismo el depósito
debe tener un nivel de agua condensada, cuando la presión de vapor en el mismo
se regula por medio de la válvula de descarga.
Método de purga: cuando el agua condensada rebase el nivel del depósito:
1) Abrir la válvula de desagüe.
2) Abrir llave de paso manualmente y ligeramente girar la válvula de desahogo
que se encuentra en la parte superior del depósito, por gravedad se drena
el agua excedente.
Este equipo, consta de varios dispositivos de seguridad mediante sensores y
válvulas de seguridad ajustadas; a cierta presión, acorde a las condiciones de
diseño. Estos sensores, cuando se genera una sobrepresión de vapor, falta de
agua destilada, ausencia de agua de enfriamiento, exceso de temperatura en los
gases de combustión y del vapor o de posibles fallas de operación se enciende
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 28
una alarma (luz de color rojo), provocando que el quemador principal de la caldera
se apague, y no permita su encendido hasta corregir la falla y restablecer las
condiciones propicias para su operación.
a) Temperatura del vapor. Se recomienda verificar la cantidad de agua
destilada alimentada, se reenciende con temperatura mínima adecuada.
b) Presión del vapor. Cuando se presenta esta alarma, los manómetros, de
presión del generador y la cámara de condensación, presentan lecturas
arriba de las ajustadas, para corregir esta alarma es necesario liberar la
presión de vapor con la válvula de descarga ubicada en el depósito “dump
condenser.
c) Presión de condensador. Esta alarma se activa cuando el vapor de agua
condensada en el depósito (“dump condenser”), excede la presión límite, o
bien cuando carece de agua en este depósito, asimismo también cuando
tiene un flujo de agua de enfriamiento bajo.
d) Agua de alimentación. Esta alarma se activa cuando el tanque de agua
destilada queda vacío o tiene nivel muy bajo, cuando la bomba de simple
efecto no manda agua con suficiente presión al Generador de Vapor o tiene
poca alimentación al rotámetro “feed meter”.
Para detener la operación que realiza este módulo se deben de realizar las
siguientes actividades:
2.4.3 Paro
a) Presionar el botón rojo del controlador del agua para apagar el quemador.
b) Girar la válvula de descarga hacia la izquierda.
c) Dos minutos después, cerrar la llave del agua de refrigeración.
d) Desconectar de la red eléctrica y cerrar el flujo de gas del cilindro.
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 29
2.4.4 Paro de emergencia.
En caso de que se requiere parar la operación del módulo de forma emergente,
esta se realiza con los interruptores de los “quemadores principales”,
presionándolos simultáneamente para desenergizar todo el Módulo y se procede a
realizar el cierre manual de las válvulas de alimentación de combustible (gas), y
válvulas de dren y desahogo del condensador.
CAPÍTULO III
SELECCIÓN DE LA
INSTRUMENTACIÓN
En este capítulo se identifican las variables a controlar del Módulo Generador de
Vapor; así como los criterios de selección de la instrumentación. Se seleccionan
los transmisores de flujo, presión, nivel; elementos finales de control y el PLC.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 31
3.1 Identificación de las Variables y sistemas a Controlar
Para realizar el control del Módulo Generador de Vapor se deben identificar las
variables que juegan un papel importante en la obtención de carga requerida. Las
variables que se ven involucradas en este proceso de Generación de Vapor son:
1. Flujos de aire y combustible en el hogar del Generador de Vapor.
2. Presión y nivel del condensador.
3. La temperatura y presión de vapor.
4. Flujo de agua de alimentación.
5. Flujo de Vapor.
Identificadas las variables se puede ver que elaborar una propuesta de control no
es una tarea fácil, dado que se ven involucradas un considerable número de
variables. La propuesta de este trabajo es abordar cada una de forma
independiente para que al final se asocien y se obtenga un control conjunto, el
cual haga que el Módulo Generador de Vapor trabaje en condiciones óptimas,
prácticas, y sencillas.
Por lo que se decidió trabajar solamente con las 2 primeras que son el flujo de aire
y flujo de combustible del hogar del Generador y la presión y nivel del
condensador.
3.2 Criterios de Selección de la Instrumentación
Mediante la instrumentación se mide controlar y/o registra las variables del
proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados. La instrumentación
permiten verificar lo que está sucediendo en el proceso; para determinar si éste va
encaminado hacia el resultado previsto, si no es así se actúa sobre algunos
parámetros del sistema de forma correctiva.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 32
La instrumentación ha permitido la automatización de los procesos industriales y
esto se logra a través de elementos que censan el proceso, para tomar una acción
de control pre-programada que actué sobre el sistema. Es por ello que se realiza
la selección de la instrumentación atendiendo solo a los requerimientos del control
aire-combustible en el hogar del Generador y el control de presión y nivel del
condensador cumpliendo con las características de operación del proceso de
generación de vapor, mencionadas en el capítulo anterior y que se muestran en la
tabla 3.1 junto con algunos otros datos importantes.
Tabla 3.1 Características del Generador de Vapor.
Presión De vapor de 10 bar (máxima)
De operación 6-8 bar
Del condensador 0.15 bar (máxima)
Temperatura
De vapor 220 ºC (máxima)
190 ºC – 200 ºC
Tubería
De gas para el quemador ½”
De gas para la llama auxiliar ¼”
De agua todo el Módulo ½”
De distribución al condensador ½”
De distribución de vapor ½”
Gas LP Mezcla de propano-butano, 60% y 40% respectivamente.
Consumo de gas aproximado de 0.6 kg/h.
Ventilador Aire primario, de 3” de diámetro.
3.3 Medidores de Flujo
De acuerdo al arreglo que tiene el sistema aire-combustible del Módulo Generador
de Vapor se emplearán dos instrumentos de medición de flujo para su control y
monitoreo, los cuales son:
1. Medidor de flujo másico para gas LP.
2. Medidor de flujo másico de aire que ingresa al hogar.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 33
3.3.1 Transmisor de flujo másico para gas LP
Tomando en cuenta el funcionamiento, operación y especificaciones del módulo;
se determinó elegir un transmisor de flujo para gas LP el cual permita medir y
verificar su consumo, así como el control de éste. En la figura 3.1 se muestra el
transmisor Midegas CON-M seleccionado.
Figura 3.1 Transmisor de flujo másico con indicador Midegas CON-M.
Es un equipo que se emplea para verificar el funcionamiento de ahorradores de
gas magnéticos o aditivos químicos. Es más exacto que los medidores de flujo
tradicionales, ya que mide masa independientemente de la presión y temperatura
del gas LP, por lo que no es necesaria la compensación.
El MIDEGAS CON-M es un medidor másico electrónico para gas en estado
gaseoso o vapor de alto desempeño, larga duración, bajo mantenimiento por no
tener partes móviles y buena exactitud, permite medir y verificar consumos de gas
directamente en kilogramos siendo por esto inherentemente más exacto que los
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 34
medidores volumétricos que varían su medición de acuerdo a la presión,
temperatura y tipo de gas (mezcla, propano o butano).
Su instalación es rápida y sencilla en cualquier tubería de gas LP, ya que la
entrada y la salida están en línea recta. Hay medidores en varias capacidades
para adecuarse al consumo que se desee medir. Muy útil para calcular costos por
área y por máquina (hornos, secadoras, calderas, etc.) y para hacer uso eficiente
del gas. En la tabla 3.2 se muestran los datos técnicos de este transmisor de gas
LP Midegas CON-M.
Tabla 3.2 Datos técnicos del transmisor de gas Midegas CON-M.
Datos técnicos
Registro electrónico Pantalla de cristal líquido y opción con salida de 4 mA a 20 mA
o 0V a 5 V.
Capacidad de consumo 10 LPM hasta 1000 LPM (0.02 kg/min a 2.2 kg/min) de gas LP
en estado gaseoso o vapor.
Calibración electrónica Conexión electrónica
Comunicación Opción de puerto Ethernet para conectar a red de PC´s.
Totalizador En kg con 3 decimales ajustable a ceros con botón y
totalizador no ajustable a ceros.
Exactitud
± 1.5%, no requiere compensación por presión y temperatura
ningún tipo de gas.
Alimentación Eliminador de baterías de 12 V CD a 300 mA con salida de
12.7 V a 15.7 V
Tensión y Corriente de
operación
5 V, 150 mA.
El Transmisor MIDEGAS CON-M puede ser instalado como se muestra en la
figura 3.2. El diagrama simplificado indica como se colocará colar el transmisor en
la tubería de proceso. Por condiciones del Módulo el transmisor se colocará 6
diámetros después de la válvula FV-07A también propuesta. El diagrama es útil
también para cuando se desea cambiar al medidor de lugar, verificar su
calibración o para hacer la limpieza del filtro.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 35
Figura 3.2 Instalación del transmisor Medigas CON-M.
1. Antes de conectar el medidor a la tubería es necesario inspeccionar que la
tubería, válvulas y conectores no tengan polvo ni otros contaminantes.
2. El medidor se debe colocar en un lugar techado y protegido contra el sol y
el agua. No colocarlo en lugares con cambios de temperatura abruptos.
Nota: El medidor debe de ir en posición Horizontal con una inclinación no
mayor a ±15 grados.
3. Es necesario llevar una línea de alimentación de 120 V de corriente alterna
a un punto cercano al medidor.
4. Luego se conecta el registro eléctrico y el medidor mediante un conduit
flexible.
Nota: Es recomendable que la línea de alimentación de 120 V sea regulada
y que provenga de una fuente ininterrumpible con el fin de que la medición
de gas no se interrumpa en caso de una falta de energía eléctrica. Para la
conexión a la red de PCs, se debe llevar el cable de Ethernet hasta el
registro y conectarlo al cable Ethernet del medidor con un conector
apropiado.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 36
3.3.2 Transmisor de flujo másico de aire
La selección de un Transmisor de aire radica en que el Módulo Generador de
Vapor requiere de cierta mezcla de de aire y combustible (gas LP) para propiciar
la ignición en el hogar. El módulo no cuenta con un elemento completo que evalué
la cantidad necesaria de aire para la combustión. Por lo tanto, este tipo de
transmisor de flujo de aire asistirá para medir y controlar el aire que ingresa al
hogar. En la figura 3.3 se muestra el transmisor de aire marca Fox FT2
seleccionado.
Figura 3.3 Transmisor de flujo de aire Fox FT2.
Medidor de flujo másico para gases (aire, amoniaco, biogas, butano, CO2, etano,
etileno, helio, hidrógeno, metano, nitrógeno, oxígeno, propano y otros). El Modelo
FT2 mide caudal en unidades normalizadas, sin necesidad de compensación de
temperatura o presión. Proporciona salidas de 4 mA a 20 mA y el pulso para el
caudal, y una salida de 4 mA a 20 mA para la temperatura de gas de proceso. El
pulso de salida se utiliza normalmente para la totalización. Es adecuado para
velocidades bajas. En la tabla 3.3 se muestran los datos técnicos del transmisor
de Flujo de aire Fox FT2.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 37
Tabla 3.3 Datos técnicos del transmisor de flujo de aire Fox FT2.
Datos Técnicos
Construcción En acero inoxidable 316. Caja NEMA 4X.
Conexión 24 V CD.
Salidas 4 mA a 20 mA. Flujo y Temperatura.
Pantalla con teclado para indicar Flujo instantáneo, flujo total, tiempo transcurrido desde el último reset, temperatura de proceso, alarma.
Exactitud ± 2% Repetibilidad ± 0.5%
Unidades de ingeniería SCFM, Nm3/h, libras/h, kg/h, entre otras.
Comunicación RS232 para conectar una Palm Computadora de
mano o computadora; RS422 / RS485 Modbus,
Profibus-DP, DeviceNet o Ethernet.
Precauciones generales:
Evitar daños a la sonda, sensor o caja.
Durante la manipulación la tapa de la caja debe estar cerrada excepto
durante la instalación y programación, evitar la luz solar directa.
Asegurarse de que la flecha en el cuerpo de flujo esté apuntando en la
dirección del flujo.
No instalar la caja FT2 cerca del controlador de ignición o equipos de
conmutación.
En la figura 3.4 se muestra como el transmisor FT2 se colocará en una tubería de
PVC también propuesto, de 400 mm de longitud y 3” de diámetro para conducir el
aire necesario al hogar. El Medidor de flujo se insertará 1.5” en el tubo de 3” de
diámetro y longitud de 400 mm. El sensor se debe de orientar de frente a la
corriente de aire ± 10º.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 38
Figura 3.4 Inserción del transmisor FT2 en la tubería.
3.4 Transmisor de Nivel
Se determinó que el transmisor más conveniente y que cumple con los parámetros
de funcionamiento es una sonda capacitiva. El Módulo Generador de Vapor
cuenta con un condensador el cual necesita estrictamente mantener un nivel de
flujo de agua en su interior; en un condensador se ve involucrada la presión y un
vacío, por lo tanto para lograr ese vacío y presión adecuados por la carga, se
propone utilizar una sonda capacitiva Vegacal 63 que se muestra en la figura 3.5;
esta proporcionará lecturas y mantendrá un nivel apropiado dentro del
condensador.
Este instrumento es de gran utilidad para efectuar el control de nivel dentro del
condensador. La sonda capacitiva es segura, resistente y no requiere de
mantenimiento, ofrece una seguridad funcional alta, montaje y puesta en marcha
sencilla, medición por toda la longitud de la sonda. La configuración del equipo se
realiza a través del módulo de indicación y configuración de uso opcional
PLICSCOM o a través de una PC con software de configuración. En la tabla 3.4 se
muestran los datos técnicos del transmisor de nivel Vegacal 63.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 39
Figura 3.5 Sonda capacitiva de nivel Vegacal 63.
Tabla 3.4 Datos técnicos de la sonda capacitiva de nivel Vegacal 63.
Datos Técnicos
Conexión a proceso Roscada 316L.
Temperatura de proceso -50 ºC... +200 ºC.
Presión de proceso
-1 bar… 64 bar (-100… 6400 kPa / -14.5 … 928 psig).
Tensión de trabajo 12 V… 36 V CD.
Rango de medición 0.1m… 6 m (0.33ft… 20 ft).
Electrodo Varilla completamente aislada de 16 mm de diámetro, sin contacto
con el medio.
Aisalamiento Aislamiento completo
Salidas 4 mA a 20 mA.
Comunicación RS232, Profibus, Fielbus
Configuración PLICSCOM
La instalación de este instrumento (figura 3.6) es sencilla siguiendo las
indicaciones que se muestran.
1. El transmisor de nivel se introduce por la parte superior del condensador en
posición vertical al electrodo opuesto (agua).
2. Asegurarse de sellar la conexión al proceso.
3. Comprobar si el material de sellado posee la resistencia necesaria.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 40
4. La sonda no debe estar cerca de una corriente de llenado, debido a que
pueden producirse lecturas erróneas indeseadas o perturbaciones.
Figura 3.6 Instalación del transmisor de nivel.
5. La sonda de medición no puede tocar ninguna estructura o pared del
depósito durante el funcionamiento. Además, el valor de medición puede
variar, si varía fuertemente la distancia hasta la pared del depósito. En caso
necesario, hay que fijar los extremos de la sonda de medición aislados.
6. La alimentación de tensión y la señal de corriente tienen lugar por el mismo
cable de conexión de dos hilos, como de muestra en la figura 3.7.
Figura 3.7 Alimentación de tensión/salida de señal (4 mA a 20mA) de la sonda capacitiva.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 41
3.5 Transmisor de Presión
Conocidas las condiciones de operación del condensador se determinó emplear
un transmisor de presión piezorresistivo SEDT de FESTO (figura 3.8), para
mantener la presión necesaria dentro del condensador. Este transmisor ofrece
ocho distintos rangos de medición, una salida analógica 0.1 V - 10 V o 4 mA a 20
mA, es resistente al agua y aceite. En la tabla 3.8 se proporcionan los datos
técnicos del transmisor de presión.
Figura 3.8 Transmisor de presión SEDT FESTO.
Tabla 3.5 Datos técnicos del transmisor de presión SEDT FESTO.
Datos Técnicos
Intervalos de medición -1 bar... +1 bar, 2 bar, 6 bar, 10 bar……+
Conexión Neumática, rosca interior
Salida 0.1 V a 10 V, 4 mA a 20mA
Fluido Aire comprimido, líquidos, medios gaseosos
El transmisor de presión se instalará en la parte superior derecha del condensador
ya que este presenta una conexión roscada. En la figura 3.9 se muestra el acople
del transmisor en la parte superior del condensador. La salida de este instrumento
se conecta al PLC enviando una señal de 4 mA a 20 mA.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 42
Figura 3.9 Conexión del transmisor de presión SEDT FESTO.
3.6 Elementos Finales de Control
Para el módulo Generador de Vapor se determino elegir dos tipos de válvulas que
ayudaran manipular el flujo de agua, gas y aire para la generación de vapor.
3.6.1 Válvulas solenoides
Se seleccionaron 3 válvulas solenoides de 2 vías normalmente cerradas marca
Neumak que proporcionarán el paso del flujo de agua cuando sea requerido por el
proceso, sustituyendo a las válvulas manuales con las que cuenta el Módulo. En la
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 43
figura 3.10 se muestra la válvula solenoide y en la tabla 3.6 se muestran los datos
técnicos de la válvula.
Figura 3.10 Válvula solenoide de 2 vías normalmente cerrada Neumak.
Tabla 3.6 Datos técnicos de la válvula solenoide.
Datos Técnicos
Modelo 2L150-15.
Fluido Vapor, temperaturas altas, agua y aceite.
Puertos ½” de diámetro
Tipo Normalmente Cerrada.
Tensión eléctrica 12 V CD, 24 V CD, 24 V CA, 110 vac, 220 vac.
Uso Vapor y temperaturas altas.
Temperatura Agua y aceite 180 °C, Vapor 230 °C.
La instalación como lo muestra la figura 3.11 no es más que el acoplamiento de
las válvulas solenoides FV-03B, FV-03A y FV-05A de forma roscada a la tubería
con la que cuenta el sistema de generación de vapor
Figura 3.11 Instalación de válvulas solenoides.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 44
3.6.2 Válvulas reguladoras
Para este proceso de generación de vapor se hace la propuesta de utilizar dos
válvulas reguladoras una para flujo de aire y otro para flujo de agua. La válvula de
control 2712, figura 3.12, está formada por un cuerpo de válvula de globo y un
actuador de pistón neumático. El regulador es un sistema parabólico de tapón y
asiento. El sistema completo de válvula de control, es capaz de resolver cualquier
necesidad de control continuo de fluidos. Medición de posición para indicación
continúa de la posición real del actuador neumático y de la válvula. En la tabla 3.7
se muestran los datos técnicos de la válvula.
La válvula FV-07A se instalará entre la válvula FV-07B y el transmisor FT-07A.
Teniendo un espacio de 4 diámetros después de la válvula FV-07B y 6 diámetros
entre el transmisor de flujo y la válvula FV-07A. La válvula FV-02B se instalará
para abastecer de vapor al condensador colocándola 4 diámetros entre la tubería
de distribución de vapor y 4 diámetros entre el condensador y la válvula. Como se
muestra en la figura 3.13.
Figura 3.12 Válvula reguladora tipo globo 2712.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 45
a)
b)
Figura 3.13 Instalación de válvulas reguladoras a) Válvula reguladora de flujo de vapor (FV-07A) b) Válvula
reguladora de flujo de gas.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 46
Tabla 3.7 Datos técnicos de la válvula reguladora tipo globo 2712.
Datos Técnicos
Tensión de funcionamiento 24 V CD ± 10%.
Consumo de energía <5 W.
Comunicación PROFIBUS DP o DeviceNet entre otras.
Entradas del sensor para controlador de
proceso
4 mA a 20 mA
Temperatura aire de control -10 ºC... +50 °C.
Temperatura ambiente -10 ºC... +50 °C.
Operaciones 2 salidas binarias, conmutadores inductivos de
aproximación, realimentación analógica,
controlador de procesos.
Ajuste del punto de consigna 0/4 mA... 20 mA. 0 V... 5/10 V.
Conexión Roscada
Caudal QNn (válvula de control 100 l/min (descarga).
Sistema detector de posición Conductivo en plástico, de alta resolución,
acoplado sin holgura al vástago del pistón del
accionamiento.
3.7 Controlador
El Módulo Generador de Vapor didáctico requiere de un control en el cual se
puedan direccionar todas las señales de los instrumentos seleccionados además
de que ejecute la función de control interno. Existen dos opciones para poder
hacer el control del sistema de Generación de Vapor del Módulo didáctico.
1. Por software
2. Por hardware
Se decide tomar la primera opción ya que se empleará el PLC (Controlador
Lógico Programable) para formular los dos lazos de control, la seguridad y
direccionamiento de las señales correspondientes de la instrumentación
seleccionada previamente.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 47
Su funcionamiento consiste en leer todas las entradas y almacenar el estado de
cada una de ellas. Ejecuta las operaciones del programa siguiendo el orden en
que se han grabado. Escribe el resultado de las operaciones en las salidas y una
vez escritas todas las salidas vuelve a iniciar, este ciclo de scan se realiza
indefinidamente hasta que pase el conmutador de la CPU a la posición de paro.
Existe una gran variedad de marcas y tipos de PLC´s, pero dentro de la institución
se cuenta con algunos que ayudan a realizar prácticas; por lo tanto se
aprovechara este material existente para desarrollar el control del Módulo
Generador de Vapor. El PLC elegido para trabajar y desarrollar la propuesta de
control es el RSLgx500 con procesador SCL 5/04 de Allen-Bradley que se
muestra en la figura 3.14, y en la tabla 3.8 se proporcionan sus datos técnicos.
Ventajas:
Compatibilidad con tarjetas de entradas y salidas analógicas de 4 mA a 20
mA.
Capacidad de realizar operaciones en la programación.
Compatibilidad para la comunicación.
Fácil y agradable ambiente para la programación.
Flexible.
Figura 3.14 PLC SCL 5/04 de Allen-Bradley.
CAPÍTULO III SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 48
Tabla 3.8 Datos técnicos del PLC SCL 5/04 de Allen-Bradley.
Datos Técnicos
Capacidad de Memoria 16 k, 32 k, 64 k palabras.
Alimentación 24 V DC o 120/240 V CA Salidas Relay, triac o transistor. Comunicación RS-232 (DF1 o ASCII) configurable para una red Data
Highway 485 (DH-485). Procesador SCL 5/04
E/S 4096 y tiempo de ejecución de bit de 0.37 µs.
CAPÍTULO IV
PROPUESTA DE CONTROL
DEL MÓDULO DIDÁCTICO
En este capítulo se presenta la propuesta de control para el Módulo Generador de
vapor que consiste de una estrategia de control de relación para el sistema de aire
combustible y un control en cascada para el control del condensador. Además se
muestra la configuración y programación del PLC. Finalmente se tiene la
evaluación económica del proyecto.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 50
4.1 Balance Estequiométrico
La cantidad mínima del aire necesaria para la combustión completa de un
combustible recibe el nombre de aire estequiométrico o teórico. El proceso de
combustión ideal durante el cual un combustible se quema por completo con aire
teórico se conoce como combustión estequiométrica o teórica de dicho
combustible.
En procesos de combustión reales es una práctica común emplear más aire que la
cantidad estequiométrica, con el fin de aumentar las oportunidades de combustión
completa o para controlar la temperatura de la cámara de combustión. La cantidad
de exceso de aire suele expresarse como aire de exceso porcentual o aire teórico
porcentual, con respecto al aire estequiométrico.
Durante el proceso de combustión en el Generador de Vapor se quema Gas LP
que es una mezcla de 60% Propano (C3H8) y 40% Butano (C4H10,) con un 20% de
exceso de aire. Suponiendo que hay una combustión completa se determinó la
relación aire-combustible.
La reacción de combustión es la siguiente:
22t2222t10483 zN+O0.2a+OyH+3.7N +01.2a+4.0+6.0 xCOHCHC (1)
Donde:
at es el coeficiente estequiométrico del aire.
1.2 at es el factor del 20% de exceso de aire.
Se despeja cada una de los términos (x, y, z y at) para balancear la ecuación
quedando de la siguiente manera:
C: 3.4=xx =40.4+36.0 (2)
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 51
H: 4.4 =y2y=100.4+86.0 (3)
O: 5.6=a1.2a= 0.2a+2
+ ttt y
x
(4)
N2: 25.27=z=76.32.1 zat (5)
Sustituyendo los valores en la ecuación 1:
22222210483 25.27N+1.12O+O4.4H+4.33.7N +06.72+4.0+6.0 COHCHC (6)
La relación aire-combustible (AC), se determinó tomando la proporción entre la
masa de aire y la masa del combustible de la ecuación siguiente:
2NM+
NM=
m
m=
ecombustibl
aire
HC
aire
NMAC (7)
Donde:
m es la masa substancia.
N es el número de moles.
M es la masa molar.
Se tiene entonces que:
(NM)aire = (6.72 4.76 kmol) (29 kg/kmol) = 927.71 kg
(NM)C = [(0.6) (3 kmol 12 kg/kmol)] + [(0.4) (4 kmol 12 kg/kmol)] = 40.8 kg
(NM)H2 = [(0.6) (4 kmol 2 kg/kmol)] + [(0.4) (5 kmol 2 kg/kmol)] = 8.8 kg
Sustituyendo los valores en la ecuación 7 se tiene:
ecombustibl kg
aire kg18.72 =
8.8+8.40
71.927=
kgkg
kgAC
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 52
Se emplean 18.72 kg de aire para quemar 1 kg de gas LP en este proceso de
combustión. Para fines de simulación en el PLC se empleara el valor de 19 kg de
aire por cada kg de combustible.
4.2 Estrategias de Control
Las estrategias de control determinan la estructura o circuito que sigue la
información o señales del lazo. Dependiendo de la aplicación a gobernar se debe
definir el actuar de las variables de proceso. En función de esta información se
incorporan determinados instrumentos y/o equipos con los cuales se debe lograr la
estabilidad en la aplicación o sistema. Estos instrumentos y/o equipos podrán
estar en cantidades y dispuestos en una jerarquía o circuito específico
determinado.
Una vez establecidas las variables a controlar y que se selecciono la
instrumentación adecuada al proceso en el capítulo 3, se definieron las siguientes
estrategias de control:
Control de relación para el circuito aire-combustible del Módulo Generador
de Vapor.
Control en cascada para la presión y nivel del condensador del Generador
de Vapor.
4.2.1 Control de Relación para el circuito aire-combustible
El sistema de combustión en un Generador de Vapor es fundamental, ya que de
ello depende que la combustión sea eficiente o no, lo que significa aprovechar al
máximo la energía calorífica que se desprende del proceso de combustión. Se
toma en cuenta la cantidad suficiente de aire para suministrar el oxígeno
adecuado, y una mezcla conveniente de combustible, ya que un nivel excesivo de
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 53
aire significaría pérdidas de energía. De lo anterior se tiene la importancia de
realizar un control que permita la optimización de la relación aire combustible para
efectuar una mejor mezcla.
En la figura 4.1 se muestra la arquitectura de la estrategia de control de control de
relación aire-combustible. En esta arquitectura de control se elije una variable sin
controlar que en este caso es el flujo de aire, el flujo de Gas LP será la variable
manipulada, ambas son censadas y enviadas de forma analógica al controlador en
el que se establece la relación entre estas dos variables. El controlador emite una
señal a la válvula de control de gas para abrirla o cerrarla logrando mantener la
relación entre ambas variables.
Figura 4.1 Arquitectura de control de la relación aire-combustible.
La variable controlada depende de la variable sin controlar. Debido a que el aire se
toma del ambiente las condiciones en las que ingrese al hogar dependerán de las
condiciones atmosféricas que tenga el laboratorio en donde se encuentra instalado
el Módulo. Si cambian las condiciones dentro del laboratorio, la medición del flujo
de aire cambiara, en consecuencia se debe de ajustar la cantidad de flujo de gas
que ingresa para mantener la relación aire-combustible.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 54
La figura 4.2 muestra un esquema de la propuesta del control de relación del
Generador de Vapor, con los componentes involucrados, para su correcto
funcionamiento, de manera detallada este control se muestra en el anexo D.
Figura. 4.2 Esquema de la propuesta de control de la relación aire-combustible
4.2.2 Control en cascada para el circuito Presión-Nivel del Condensador
El condensador es un elemento importante que forma parte del Módulo
Generación de Vapor, es por esa razón que se toma a este sistema para formular
un control adecuado, que satisfaga las necesidades de operación y cumpla con las
siguientes características:
Mantener la presión necesaria en el interior del condensador.
Mantener un nivel de agua de alimentación adecuado.
Considerar un nivel máximo y mínimo de agua de alimentación.
Tener un dren.
Considerando las necesidades de control descritas, el número de variables a
controlar, la instrumentación seleccionada y considerando que se requiere un
control simple, práctico y acorde al Módulo didáctico, se determinó trabajar bajo la
arquitectura del control en cascada.
AS
FT
07B
FT
07AFV07A
FY
07
FC
07
GS
GENERADOR
DE VAPOR
I/P19/1
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 55
La estructura de control en cascada se caracteriza por dos controladores
realimentados anidados, siendo la salida del primario el punto de consigna del
controlador secundario. La salida del controlador secundario es la que actúa sobre
el proceso. En la figura 4.3 se muestra la arquitectura del diagrama a bloques del
control en cascada.
Controlador
primario
Controlador
secundarioproceso Proceso
Retroalimentación
secundaria
Retroalimentacion
primaria
XX Variable
Controlada
Set point
Variable
manipuladaSet point
Figura 4.3 Diagrama a bloques del control en cascada.
Las ventajas del control en cascada son:
Produce una acción correctiva en cuanto exista un error.
Necesita poco conocimiento del proceso a controlar (un modelo
aproximado).
El controlador PID es uno de los controladores de realimentación más
versátil y robusto.
Se corrigen las perturbaciones que ocasiona la variable secundaria antes
de que afecten a la variable controlada.
Esta arquitectura tiene mayor control del proceso debidoa sus lazos de
control.
En la figura 4.4, se muestra el control en cascada presión-nivel, propuesto para el
condensador del Generador de Vapor, determinando que la Variable Manipulada
es la presión en el interior del condensador que será censada por el transmisor
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 56
TP-03, mediante una válvula solenoide, el exceso de agua será conducida al
desagüe y la Variable Controlada será el nivel censado por el transmisor LT-03.
Figura 4.4 Diagrama a bloques del control en cascada de presión-nivel.
Cada una de las variables de proceso tiene un retardo en función de las cargas,
constantes de tiempo y propiedades físicas, la figura 4.5 ilustra la curva en la que
aparecen las variables de proceso en función de su retardo en la respuesta. Esta
curva da una primera aproximación para fijar los parámetros de sintonía para
realizar un control en lazo cerrado. El lazo interno (secundario) del sistema
presión-nivel tiene un proceso dinámico más rápido que se ve sometido a
perturbaciones significativas.
El lazo de control primario es del nivel el cual reacciona más lento y el lazo de
control secundario se encargará de corregir las perturbaciones, en tanto que el
transmisor de presión será el que aporte con mayor rapidez la señal que el
transmisor de nivel. El punto de referencia del controlador de presión lo
proporcionará el controlador de nivel, y el controlador de presión será el que
modificará la variable manipulada.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 57
Figura. 4.5 Curva de las variables de proceso en función del retardo en la respuesta.
Adicionalmente se tiene una condición de que si llegará a tener un nivel muy bajo
el condensador entonces se acciona una válvula solenoide, que dejará ingresar un
flujo de agua del tanque auxiliar para compensar esa falta de nivel dentro del
condensador. En la figura 4.6 se muestra un esquema de la propuesta del control
en cascada presión-nivel para el Generador de Vapor, con los componentes
involucrados, para su correcto funcionamiento, de manera más detallada este
control se muestra en el DTI del anexo D.
LT
03
PT
03
P
P
S
FV03B
S
FV03A
LC
03
PC
03
AGUA DE
ENFRIAMIENTO
A BOMBA
DEL TANQUE
AUXILIAR
Figura 4.6 Esquema de la propuesta del control en cascada Presión-Nivel del condensador.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 58
4.3 Configuración Física del PLC
La configuración física que tendrá el PLC SLC-5/04 básicamente depende de las
señales que emitan o reciban la instrumentación que anteriormente ya se ha
seleccionado. Es importante que se tengan bien identificadas las señales que
ayudarán a la elaboración de la programación del control del sistema de
generación de vapor, para el direccionamiento, conexión y en su defecto
comunicación. En las siguientes tablas 4.1 y 4.2 se muestran las señales de
entrada y salida que se deben de tomar en cuenta.
Tabla 4.1 Señales de entrada.
Analógicas Digitales
Transmisor de Presión PT-03 Botón de encendido 1
Transmisor de Nivel LT-03 Botón de encendido 2
Transmisor de Flujo FT-07An Señal de encendido del quemador
Transmisor de Flujo FT-07B
Tabla 4.2 Señales de salida.
Analógicas Digitales
Válvula FV-02B Bomba de agua
Válvula FV-07An Ventilador
Válvula FV-05An
Válvula FV-03An
Válvula FV-03Bn
Identificadas estas señales, se realiza la selección de los componentes que
forman parte del PLC como son el CPU, la fuente de alimentación y los módulos o
tarjetas de entradas y salidas que se requieren. Debido a que ya se cuenta con un
PLC RSLgx500 con procesador SCL 5/04 de Allen-Bradley dentro de la escuela y
que se adapta a los requerimientos del proceso que en el presente trabajo se
requieren, solo se adecua, proponiendo la configuración física del PLC como se
muestra en la figura 4.7.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 59
Figura 4.7 Configuración física del PLC.
4.3.1 Fuente de alimentación
Los sistemas 1746 requieren fuentes de alimentación rectificadas que aseguran un
funcionamiento normal y seguro. La fuente de alimentación 1746/P1 con la que
cuenta el PLC SCL 5/04 seleccionado se adapta a las características necesarias
que satisfacen las especificaciones del proceso; además, son los más comunes en
los laboratorios donde se realizan prácticas. La fuente va ubicada en el lado
izquierdo del chasis de E/S 1746. Cuenta con una tensión eléctrica de 85 V a 132
V CA, 170 V a 265 V CA, 47 Hz a 63 Hz, capacidad de corriente a 5 V de 2 A,
capacidad de corriente del usuario 0.2 mA a 24 V CD, corriente de entrada
máxima al momento del arranque 20 mA .
4.3.2 CPU
Las soluciones que presenta Allen-Bradley para implementar sistemas de control
con PLC´s son diversas y cuenta con familias de controladores lógicos
programables. Es importante mencionar que estos sistemas y arquitecturas no son
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 60
rígidos, ya que permiten integrarse a través de las redes (información, de control,
de dispositivos, serial, etc.) y enlaces (universal remoto I/O.)
La familia SCL 500 es adecuada para aplicaciones de control. Esta línea ofrece un
amplia gama de elecciones en memoria, capacidad de E/S, conjunto de
instrucciones puertos de comunicación para permitir diseñar un sistema de control
y para requerimientos exigentes. Los PLC´s modulares SCL 500 son más
utilizados ya que ofrecen flexibilidad en las E/S digitales en diferentes
configuraciones para soportar de 24V CD o 120/240 CA y salidas tipo relay, triac o
transistor. Considerado como el más conveniente además de que cuenta con dos
aspectos principales que son la memoria y las instrucciones.
El CPU cuenta con un procesador SCL 5/04, este tienen una capacidad de
memoria de 32 k palabras. Soportan hasta 4096 entradas más 4096 salidas, y
tiene un tiempo de ejecución de bit de 0.37 μs. Estos procesadores incluyen un
puerto Data Highway plus (DH+) que habilita la comunicación par a par de alta
velocidad con otro procesador SCL 5/04 o un procesador PLC-5. El procesador
SCL 5/04 también tiene un puerto RS-232 (DF1 o ASCII) configurable para una
red Data Highway 485 (DH-485), en la figura 4.8 se muestra el CPU SCL 5/04 con
puesto de comunicación y la posición que ocupa el CPU en el chasis.
Figura 4.8 CPU SCL 5/04 con puerto de comunicación.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 61
4.3.3 Módulos de entradas y salidas analógicas
A diferencia de las señales digitales, las señales analógicas varían
constantemente con respecto a una variable física. Se utilizan diversos
dispositivos para medir la magnitud de estas variables físicas, estos dispositivos
entregan la magnitud medida por medio de una señal de tensión o corriente
eléctrica, la cual es proporcional a la magnitud de la variable física a medir. Los
valores de tensión o corriente que entregan estos dispositivos, son representados
mediante cantidades numéricas para ser procesadas por el PLC.
Los módulos analógicos que se proponen utilizar son 2 módulos 1746-NI4 y un
módulo 1746-NO4I de terminales extraíbles que proporcionan una conexión con
los canales analógicos de entrada y/o salida diseñado específicamente como
interface con las señales de entrada de corriente y de tension. Los canales pueden
conectarse bien de forma unipolar o bien como entradas diferenciales. La tarjeta
de circuitos incorpora microinterruptores que permiten seleccionar la entrada de
corriente o de tensión.
El Módulo de salida analógica NO4V proporciona 4 canales de salida analógica en
este caso 4 salidas de tensión. Las características que deben tener de las tarjetas
son: cumplir con el menor número de módulos de entrada, capacidad de
interpretar las señales que envían los instrumentos de medición y compatibilidad
con el escalamiento que se requiera para el control de proceso.
El módulo de señales analógicas que cumple con las características de proceso,
comunicación, conexión y escalamiento, es la tarjeta de entrada 1746-NI4 para
entradas analógicas. Este posee cuatro canales de entrada analógicos que son
seleccionables por el usuario por el canal de tensión o corriente para apoyar una
variedad de vigilancia y control de aplicaciones. En la tabla 4.3 se da la relación
de intervalos para tensiones y corrientes en las entradas del módulo.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 62
Tabla 4.3 Intervalos de tensión y corriente de las entradas del módulo.
Intervalos de Tensión y corriente
Representación decimal
Bits significativos Resolución
± 10 V CD ±3268 16
305.17 μv
0 a 10 V CD 0 a 32767 15
0 a 5 V CD 0 a 16384 14
1 a 5 V CD 3277 a 16384 13.67
± 20 V CD ± 16384 15
1,22070 μv 0 a 20 V CD 0 a 16384 14
4 a 20 V CD 3277 a 16384 13.67
4.3.4 Módulos de entradas y salidas digitales
Los módulos de entrada/salida con los que cuenta el PLC que son adecuados
para ser utilizados en el proceso son los módulos 1746 IB8 para entradas
digitales y 1746 0B8 para las salidas. Este tipo de módulos cuentan con un
circuito conmutable que tiene solo dos estados; activado y desactivado (lógica 1 y
0, verdadero y falso, presencia o ausencia de la misma).
El módulo de entradas digitales distingue estados ON/OFF, 1/0, abierto/cerrado.
Soporta niveles de señales de: 5 V CD, 24 V CD, 10 V CA, 220 V CA. Mientras
que las salidas digitales: son ON/OFF, 1/0, abierto/cerrado. De tipo Triac,
Transistor, Relay (DC, AC). En la tabla 4.4 se muestran las especificaciones de los
módulos.
Tabla 4.4 Especificaciones de los módulos E/S digitales.
Temperatura de operación 0 ºC a 60 ºC (32 ° F a 140 ° F)
Temperatura de almacenamiento -40 ºC a 85 ºC. (-40 ºF a 185 ºF.)
Humedad de operación 5% a 95% (sin condensación)
Inmunidad al ruido Estándar NEMA ICS 2-230
Vibración (operación) Desplazamiento 0.015 pico en 5 Hz a 57 Hz. Aceleración 2.5
gs en 57 Hz a 2000 Hz
Choque (operación) 30 gs (todos los módulos excepto tipo relay) 10 gs (módulos
tipo relay: -OW, -OX, y combinación de módulos E/S)
Aislamiento 1500 V
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 63
4.4 Programación del PLC
El programa realizado en el PLC 5/04 cuenta con ciertas características que se
requieren para el buen funcionamiento y seguridad del proceso de generación de
vapor.
a) Arranque y operación
Para el arranque y operación del Generador de Vapor con esta propuesta de
programación en escalera se tiene:
1. Al energizar el Módulo con los botones de arranque, solo se activará
automáticamente el ventilador, se ingresan los valores presión máxima, de
nivel bajo, medio y alto, y se comienzan a escalar los valores que envían
los transmisores PT-03, LT-03 y FT-07B.
2. Para que la bomba entre en funcionamiento, se comparan los valores de los
transmisores con los valores ingresados, si hay una presión debajo de la
presión máxima y un nivel arriba del mínimo, la bomba entra en
funcionamiento.
3. En caso de que un parámetro no se cumpla se abre la válvula de desagüe
FV-03B si hay una presión mayor (también se puede auxiliar accionando
manualmente la válvula de seguridad de presión PSV-04 del condensador)
o un nivel alto, o abrir la válvula del tanque auxiliar FV-03A para permitir el
ingreso de agua destilada si el nivel es menor al mínimo, según sea el
caso.
4. Una vez que la bomba de agua está operando, se puede encender el
quemador el cual activa las válvulas FV-07B y FV-07C, se activa la válvula
FV-05A, la válvula FV-07A permite un flujo de gas del 20%, se escala el
flujo de gas y la válvula FV-02B abre al 50%.
5. Al encender el quemador, la válvula FV-07A abre un 50%, y si no hay fallas
en el sistema en un tiempo de 2 minutos se activan los controles. Por el
contrario si el quemador no enciende después de los 2 minutos la bomba se
desenergiza automáticamente, por lo que se procede a verificar la falla.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 64
b) Control
6. El control de relación funciona de la siguiente manera:
El valor escalado de la señal del sensor de flujo de aire es dividido entre
19, para así hacer la relación 19:1 de aire-combustible.
Este valor es comparado con el valor escalado del flujo de gas, en caso
de ser mayor el flujo de aire la válvula de gas abre, en caso de ser
menor, la válvula cierra.
En cada escaneo de los valores, estos se comparan hasta que se
cumpla la relación.
7. En el control en cascada se ingresan los valores correspondientes a cada
instrucción del PID.
Hay que tomar en cuenta que le valor de salida del primer PID es el
setpoint del segundo, por la cual hay que direccionar dicho valor.
Los valores de configuración de los PID son ingresados a consideración
del programador debido a que no fueron calculados, ya que no son
parte de los objetivos del presente trabajo.
La salida del segundo PID es comparada con los valores de nivel y
presión, para activar la válvula FV-03B o FV-03A según sea requerida
la apertura, mientras una esté activa la otra permanece cerrada y no
puede ser activada.
c) Paro normal y paro de emergencia.
8. Para sacar de operación el Módulo de manera correcta :
Primero se apaga el quemador.
Después de 2 minutos se desactivan los controles y se procede a
desenergizar el Módulo.
9. En caso de un paro de emergencia, si falla alguna de los parámetros que
están integradas en el control eléctrico del Módulo, estos apagan el
quemador automáticamente, de manera inmediata se apaga la bomba y la
válvula FV-02B abre al 100% para permitir que todo el vapor entre al
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 65
condensador, mientras que la válvula FV-03B del condensador abre y se
desactiva la válvula FV-07B del suministro de gas.
10. Para restablecer el sistema se desenergiza completamente el sistema y se
procede a verificar las fallas antes de volver aponer en operación el Módulo
Generador de Vapor.
4.4.1 Bloque de control PID
Esta es una instrucción de salida que controla las características físicas tales
como la temperatura, presión, nivel de líquido o régimen de caudal usando lazos
de proceso. La instrucción PID normalmente controla un lazo cerrado usando
entradas de un módulo de entrada analógico y proporcionando una salida a un
módulo de salida analógico. Para el control de temperatura, se puede convertir la
salida analógica a una salida activada/desactivada de tiempo proporcional. Figura
4.9 Bloque PID.
Figura 4.9 Instrucción PID.
La instrucción PID se puede operar en el modo temporizado o el modo STI. En el
modo temporizado, la instrucción actualiza su salida periódicamente a un régimen
seleccionado por el usuario. En el modo STI, la instrucción se debe colocar en una
subrutina de interrupción STI. Se actualiza su salida cada vez que se realiza un
escaneo de la subrutina STI. El intervalo de tiempo STI y el régimen de
actualización de lazo deben ser idénticos para que la ecuación se ejecute
correctamente.
El control en lazo cerrado PID retiene una variable de proceso a un punto de
ajuste deseado. La ecuación PID controla el proceso enviando una señal de salida
a la válvula de control. Cuanto más grande sea el error entre el punto de ajuste y
la entrada de variable de proceso, tanto más grande es la señal de salida y
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 66
viceversa. Un valor adicional (alimentación hacia adelante o bias) se puede añadir
a la salida de control como offset. El resultado del cálculo PID (variable de control)
impulsará la variable de proceso que controla hacia el punto de ajuste.
Normalmente, la instrucción PID se coloca en un renglón sin lógica condicional. La
salida permanece a su último valor cuando el renglón es falso. El término integral
también se borra cuando el renglón es falso. En la figura 4.10 se muestran los
parámetros del bloque PID. Durante la programación, se introducen las
direcciones del bloque de control, variable de proceso y variable de control
después de colocar la instrucción PID en un renglón:
El bloque de control es un archivo que almacena los datos requeridos
para operar la instrucción. La longitud de archivo se fija a 23 palabras y se
debe introducir como dirección de archivo de entero.
La variable de proceso PV es una dirección de elemento que almacena el
valor de entrada de proceso. Esta dirección puede ser la ubicación de la
palabra de entrada analógica donde el valor de la entrada A/D se almacena.
Este valor también podría ser un valor de entero si se decide escanear su
valor de entrada de antemano al intervalo 0–16383.
La variable de control CV es una dirección de elemento que almacena la
salida de la instrucción PID. El valor de salida tiene un rango de 0 a 16383;
16383 es el 100%. Esto es normalmente un valor de entero para que se
pueda escalar el valor de entrada PID según el rango analógico específico
que la aplicación requiera.
Figura 4.10 Parámetros del bloque PID.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 67
La figura 4.11 muestra la longitud del bloque de control, que se fija a 23 palabras y
se programa como archivo de entero. Los indicadores de instrucción PID (palabra
0) y otros.
Figura 4.11 Configuración del bloque de control.
4.4.2 Instrucción de escalamiento SCP
Para el escalamiento de las señales analógicas de entradas y salidas se utilizo la
instrucción SCP que se muestra en la figura 4.12 .Los parámetros que se ingresan
en esta instrucción son empleados para determinar los valores de la pendiente y
offset automáticamente.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 68
Figura 4.12 Bloque de la instrucción SCP.
Los parámetros que se introducen para programar esta instrucción son los
siguientes:
Valor de entrada (Input), puede ser una dirección de palabra o una
dirección de elementos de datos.
Los valores mínimos y máximos de entrada (Input Min., Input Max.),
que determinan el valor de datos que aparecen en el parámetro de valor de
entrada. El valor puede ser una dirección de palabra o una constante de
entero.
Los valores mínimos y máximos escalados (Scaled Min., Scaled Max.),
determinan el valor de datos que aparecen en el parámetro de salida con
escala. El valor puede ser una dirección de palabra o una constante de
entero.
El valor de salida escalado (Scaled Output) puede ser una dirección de
palabra o una dirección de elementos.
En la tabla 4.5 se muestras los valores que se deben introducir para cada uno de
los escalamientos de entradas y salidas analógicas.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 69
Tabla. 4.5 Valores para la instrucción SCP.
PT-04 LT-04 FT-07A FT-07B FV-02 FV-07
Input I:3.0 I:3.1 I:3.2 I:3.3 F:8.20 F:8.21
Input Min. 3277 3277 3277 3277 0 0
Input Max. 16384 16384 16384 16384 100 100
Scaled Min. 0 0 0 0 3277 3277
Scaled Max 20 100 150 200 16384 16384
Scaled Output F:8.12 F:8.13 F:8.14 F:8.16 O:5.0 O:5.1
4.5 Evaluación Económica del Proyecto.
La determinación de la rentabilidad financiera del proyecto dependerá
directamente de los costos derivados de la instrumentación e instalación, los
cuales se incluyen desde la aplicación de la metodología hasta el costo de la
implementación de la instrumentación. Para tener una estimación de los costos
generados por la propuesta del proyecto es necesario llevar a cabo un análisis de
las actividades del personal, así como el tiempo para la realización de estas
actividades; esto sólo es un estimado.
4.5.1 Actividades generales
En la tabla 4.6 se describen las actividades generales de la propuesta de control
del Módulo Generador de Vapor. Considerándose como un proyecto de inversión,
debido a que sus efectos radican en los beneficios económicos a mediano y largo
plazo.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 70
Tabla 4.6 Descripción de actividades generales
No. Actividad Duración (días)
1 Revisión e inspección de la información e inventario del Módulo
Generador.
1-5
2 Análisis de las condiciones de operación del proceso. 1-5
3 Identificación de variables. 1-2
4 Selección de la instrumentación. 5-7
5 Estrategia de control propuesta. 5-7
6 Análisis de resultados. 1-5
7 Presentación de resultados. 1-2
8 Implementación de la propuesta. 5-7
Tiempo Total de duración. 20-40
4.5.2 Manejo de personal
Este análisis se lleva a cabo para contar el personal que interviene para la
formulación del Control del Sistema de Generación de Vapor, debido a que es un
Módulo didáctico solo intervendrán los siguientes cargos y responsabilidades:
Tabla 4.7 descripción de actividades del personal
No. Nombre Actividad
1
Director y Coordinar de
proyecto
Diseño, planeación del proyecto de los objetivos a cumplir,
integración de los recursos materiales y humanos
involucrados en el desarrollo del proyecto.
1-2
Ingenieros
Persona encargada del desarrollo de la metodología
propuesta.
1
Técnico especialista
Encargado de inspeccionar el correcto y buen
funcionamiento del sistema.
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 71
4.5.3 Cotización de horas hombre
Para el proyecto se considera un tiempo estimado de 20 a 40 días, tomando como
base el horario laboral normal de 8 horas diarias y cinco días semanales. El
proyecto será realizado por un total de 1 a 3 personas.
Tabla 4.8 Costos mínimos de horas-hombre.
Producto Costo por hora-hombre ($) Costos mínimos ($) Total ($)
Director de proyecto
coordinador
450
72,000
144,000
Ingeniero 1
300
48,000
Técnico
150
24,000
4.5.4 Costos derivados de la adquisición de la instrumentación
En la tabla 4.9 se muestra la cotización de la instrumentación propuesta para el
sistema de generación de vapor, que cubren con los requerimientos del Módulo
Didáctico.
Evaluando los costos de la instrumentación con respecto al costo actual del
Módulo Generador de Vapor se tiene:
Costo de la instrumentación propuesta $95,932.20 (Pesos).
Costo del Módulo Generador $1, 000,095.00 de N/M (Pesos).
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 72
Tabla 4.9 Costo de materiales
De esta manera se obtiene que el costo mínimo total para el caso propuesto es
ejemplificado de la siguiente manera:
Instrumento
Cantidad
Descripción
Empresa
Precio
PLC
1
SCL5/04RCLgx500
Allen Bradley
----------
Transmisor de gas
1
Medidor MEDIGAS CON-M de 30 LPMS (1.2 kg/h). Este medidor cuenta con pantalla LCD y con salida 4-20 ma.
SUGAS
$ 1,675.00
Transmisorr de
flujo de aire
1
El Modelo FT2 mide caudal en unidades estándar, Proporciona salidas aisladas 4 a 20 mA
FOX
$ 1,969.00
Válvula
solenoide
1
Válvula 2/2. sol. 1/2" uso 220 V CA
NEUMAK
$ 750.00
Válvula
solenoide
1
Válvula 2/2. sol. 1/2" uso 220 V CA
NEUMAK
$ 750.00
Válvula solenoide
1
Válvula 2/2. sol. 1/2" uso 220 V CA
NEUMAK
$ 750.00
Válvula reguladora
1
Válvula 2/2. sol. 1/2" con actuador uso 220 V CA
Burkert
$ 1100.00
Válvula
reguladora
1
Válvula 2/2. sol. 1/2" uso con actuador 220V CA
Burkert
$ 1100.00
Sonda
capacitiva
1
Sonda de nivel VEGACAL 63
VEGA
$ 800.00
Transmisor de
presión
1
Salida analógica 0 V, 1V a 10 V o 4 mA 20 mA. Operación -1 bar a +1 bar con conexión roscada
FESTO
$ 950.00
Total en UDS
$ 7,644.00
Costo en M/N aproximado
$95,932.20
CAPÍTULO IV PROPUESTA DE CONTROL DEL MÓDULO DIDÁCTICO
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 73
COSTO MÍNIMO TOTAL= COSTO MÍNIMO TOTAL HORAS-HOBRE + COSTO
DE INSTUMENTACIÓN
COSTO MÍNIMO TOTAL = $ 144,000.00 + $ 95,932.20 = $ 239,932.20
4.5.5 Productos entregables o aportaciones
El proyecto requiere de ciertos documentos y actividades necesarios para su uso
adecuado,
Balance Estequiométrico.
Relación de instrumentación.
Costos de instrumentación.
Diagrama del Módulo Generador de Vapor.
DTI´S.
Diagrama de flujo de la propuesta.
Instalación.
Conexión.
Configuración.
Programación.
Manuales de operación.
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 75
Se realizó la propuesta de control del Módulo Generador de Vapor P.A Hilton Serie
S200/00262, para el sistema aire-combustible por medio de un control de relación
y en le condensador del Módulo para controlar la presión y el nivel de este
mediante un control en cascada. Obteniendo el DTI actual Módulo y el de la
propuesta de control, el manejo de variables analógicas para la programación en
PLC, así como la selección de la instrumentación de acuerdo a las características
del proceso.
Para la elaboración de la propuesta fue necesario realizar la selección de la
instrumentación, establecer las variables a controlar para determinar el tipo de
control a aplicar para su programación en PLC que controlará el Módulo. La
instrumentación se seleccionó de acuerdo a los requerimientos de operación del
Módulo, pero también se consideraron las características del PLC. El PLC
seleccionado fue el Allen Bradley ya que bajo condiciones de programación es
más flexible y amigable para trabajar, en comparación a otros.
Para el control del sistema aire combustible, se realizo un balance estequiométrico
con el cual se obtuvo una relación de aire combustible de 18.72 para un exceso de
aire de 20%. Se opto por un control de relación en donde la variable a controlar es
el flujo de combustible y por cuestiones de exactitud se determinó que por cada
kilogramo de combustible se suministrarán 19 kilogramos de aire. Para el control
del condensador se eligió la presión como la variable manipulada en el lazo de
control secundario y en el lazo primario al nivel como variable controlada, esto ya
que la presión tiene un tiempo de retardo menor que la variable de nivel.
La Propuesta de Control del Módulo Generador de Vapor, traerá consigo grandes
beneficios para la realización de futuras prácticas de las distintas asignaturas que
se imparten dentro de la carrera de Control y Automatización. Y es por el simple
hecho de que es un sistema en el cual se ven involucradas un considerable
número de variables, convirtiéndolo en una herramienta útil y de interés para
adquirir conocimientos teórico -prácticos.
CONCLUSIONES
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 76
BIBLIOGRAFÍA
BIBLIOGRAFÍA
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 78
1. Antonio Creus, Instrumentación Industrial, 7ª., Ed. Alfaomega marcombo,
México, 2006.
2. David J. Lomas, Selecting the right flowmeter. Part I y II., Instrumentation
Technology, Mayo y Junio 1977.
3. Douglas O.J. Desá, Instrumentation Fundamentals for Process Control, Senior
Applications Engineering Consultant Retired, Foxboro G.B. Limited, Taylor and
Francis, Founded 1798 New York London 2001.
4. Harold E. Soisson, Instrumentación Industrial., Ed. Limusa. Méx.
5. José Acedo Sánchez Control Avanzado de Procesos (Teoría y Práctica),
Editorial Díaz de Santos S.A, Madrid/España 2003.
6. José Colado Contreras, Curso de Control de Calderas, ISA México, 2007.
7. Manual Experimental de operación y mantenimiento del Módulo Generador de
Vapor P.A Hilton LTD serie S2000.
8. Manual de Mantenimiento del Módulo Generador de Vapor, P.A Hilton LTD
serie S2000.
9. NORMA ISA S5.1
10. NORMA ISA S5.5
11. Sam G. Dukelow, The control of boilers, Instrument Society of America.
12. Smith y Corripio, Control Automático de procesos., Limusa
13. Yunus A. Cengel, Termodinámica, 6ª. Ed., Mc Graw Hill, Méx. 2009.
BIBLIOGRAFÍA
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 79
14. Varios autores, Manual de instrumentación y control de procesos, Editorial
Alción, S.A.
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16. http://www.gas.pemex.com/NR/rdonlyres/D3D851A9-FDE6-4F68-8FD1-
3CC6E50163E4/0/HojaSeguridadGasLP_v2007.pdf; Noviembre 2010
17. http://www.ecosimpro.com/download/articles/C01_05_es.pdf; Noviembre 2010
18. http://www.cec.uchile.cl/~roroman/cap_08/cic-vapor.htm; Diciembre 2010
19. http://es.scribd.com/doc/57476822/7/CICLO-RANKINE; Diciembre 2010
20. http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.html; Enero 2011
ANEXOS
ANEXO A
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 81
ANEXO A DIAGRAMA DEL MÓDULO GENERADOR DE VAPOR
FLUJO
SONDA DE MUESTREO
DE CO2/CO
GENERADOR
DE VAPOR
SENSOR DE EXCESO DE
TEMPERATURA DE GASES
DE COMBUSTIÓN
FIBRA DE
CERÁMICA
SENSOR DE FALLA
DE FLAMA
OBTURADOR DE
AIRE SECUNDARIO
QUEMADOR DE GAS
PILOTO
VENTILADOR DE
AIRE PRIMARIO
VÁLVULA
SOLENOIDE
DEL PILOTO
VÁLVULA
SOLENIDO
PRINCIPAL
VÁLVULA DE
PARO
VÁLVULA DE
SEGURIDAD
VÁLVULA DE
RETENCIÓN DE
AGUA DE
ALIMENTACIÓN
MEDIDOR DE
FLUJO Y
VÁLVULA DE
CONTROL
GAS
COMBUSTIBLE
CONTROLADOR
DE GAS
t1
t2
SENSOR DE
PARO POR
TEMPERATURA
ALTA
t6
VÁLVULA
SOLENOIDE
VÁLVULA DE
CONTROL
MEDIDOR DE
FLUJO DE
AGUA DE
ALIMENTACIÓN
PRESIÓN DE
VAPOR
MEDIDOR DE
CO2/CO
PRESIÓN DEL
CONDENSADOR
FILTRO
ENFRIADOR
CONDENSADO
INTERRUPTORES
DE PRESIÓN
INDICADOR DE
TEMPERATURA
ACUMULADOR Y
VÁLVULA DE VERTER
BOMBA DE ALIMENTACIÓN
DESAGÜE
t5
DESAGÜE DE
AGUA DE ENFRÍO
DESAGÜE
VÁLVULA DE
RETENCIÓN
CONEXIÓN DE
RETORNO DE
CONDENSADOS
(Y AIRE)
VÁLVULA DE CONTROL
DEL EYECTOR AIRE
VÁLVULA DE CONTROL
DE DEPÓSITO
SUPLEMENTARIO
VÁLVULA DE
ALIVIO DEL
CONDENSADOR
CONEXIÓN DE
VAPOR A OTRAS
UNIDADES
CHORRO DE AGUA DEL
EYECTOR DE AIRE
DEPÓSITO DE
REPOSICIÓN
AGUA DE
ENFRIAMIENTO
VÁLVULA DE
DERIVACIÓN
CONDENSADOR
t4
t3
t8
t7
S200 GENERADOR DE VAPOR MÓDULO DE SERVICIO
ANEXO A DIAGRAMA DEL MÓDULO
GENERADOR DE VAPOR S200CÓDIGO ANTERIOR CÓDIGO ACTUAL FECHAREVISIÓN
DIBUJÓ
REVISÓ
APROBÓ
REVISÓ
APROBÓ
ESCALA: S/ ESC. ACOTACIÓN: N/A
FECHA DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO FECHA DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO
VÁLVULA DE
RETENCIÓN
(CO2/CO SAMPLING PROBE)
(CONDENSATE )
(CO2/CO METER)(FILTER)
(PRESSURE SWITCHES)
( TEMPERATURE METER)
(STEAM PRESSURE) (DUMP CONDENSER PRESSURE)
(AIR EJECTOR CONTROL VALVE )
(MAKE UP TANK CONTROL VALVE)
(CONDENSER RELIEF
VALVE)
(STEAM CONECTION TO
OTHER UNITS)
(MAKE UP TANK)
(WATER JET AIR EJECTOR)
(FED PUMP)
(DRAIN)
(COOLING WATER DRAIN)
(NON RETURN
VALVE)
(CONDENSATE (AND AIR)
RETURN CONNECTION)
(COOLING WATER)
(DRAIN)
(SOLENOID VALVE)
(DUMP VALVE)
(DUMP CONDENSER)
(NON RETURN VALVE)
(MAIN SOLENOID)
(FLOW METER
AND CONTROL
VALVE)
(GAS FUEL)
(CONTROL VALVE)
(FEED WATER
FLOW METER)
(ACUMULATOR AND SPILL VALVE )
(PILOT)
(PRIMARY AIR FAN)
(PILOTO SOLENOID)
(STOP VALVE)
(SAFETY VALVE)
(FEED CHECK VALVE )
(HIGH TEMP
CUT-OUT SENSOR
)
(COOLER)
(STEAM GENERATOR)
(EXCESS FLUE GAS TEMPERATURE SENSOR )
(CERAMIC FIBRE)
(FLAME FAILURE SENSOR)
(SECUNDARY AIR CONTROL SHUTTER)
(GAS BURNER)
(GAS CONTROLLER)
(FLOW METER AND
CONTROL VALVE)
MEDIDOR DE
FLUJO Y
VÁLVULA DE
CONTROL
REYNA ANBELL ZANCHEZ ARANGO
FABIAN GONZALEZ MENDEZ
ANEXO B
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 82
ANEXO B DTI ACTUAL DEL MÓDULO
ANEXO B DTI ACTUAL DEL MÓDULO
CÓDIGO ANTERIOR CÓDIGO ACTUAL FECHAREVISIÓN
DIBUJÓ
REVISÓ
APROBÓ
REVISÓ
APROBÓ
ESCALA: S/ ESC. ACOTACIÓN: N/A
FECHA DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO FECHA DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO
S
FI
S
FI
TE
FV
FCV
FI
TE
FCV
HV
PI
S
FVTE
TE
TIH
TI
AI
TE
HV
TE
PI
PSV
PS
FCV
TE
PS
TIH
BIL B
TE
TS
TC
A PROCESO
AS
GS
WS
P
P
P
AT
PSV
05 05A
05
05A
07
02
02
02B
02
02
02
06
06
06A
06B
03
03
03
0404
04
04
04A
04B
0707
01
02
01
02
02
02A
02
REYNA ANBELL ZANCHEZ ARANGO
FABIAN GONZALEZ MENDEZ
ANEXO C
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 83
ANEXO C DIAGRAMA DE FLUJO
Inicio
Alimentación
eléctrica
Abastecimiento de
agua de
enfriamiento
Abastecimiento de
agua destilada Flujo de gas
Hogar
o
Quemador
Proceso de
Generación
de vapor
Ignición
alarma de
falla de flama Paro
Fin de proceso
ANEXO C
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 84
Valvula de
seguridad
Indicador de
flujo de gas
con válvula
Hogar
o
quemador
Ignición
Hogar
Válvula de
seguridad
Llama piloto
Suministro de
aire
No enciende
el sistema
Indicador de
Falta de
flama
Controlador
eléctrico
Indicador de
paro por alta
Temperatura
Alimentación
de gas
combustible
Interruptor de
presión
Sensor de exceso
de temperatura de
gases de
combustión
ANEXO C
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 85
Sensor de
temperatura
Válvula de
derivación
Indicador
de
presión
Indicador de
paro por
Temperatura
alta
Exceso de
presion
Válvula de
seguridad de
presión
Válvula de
retención
Interruptor de
presión
Controlador
de
temperatura
Sensor de
temperatura
Conexión de
vapor a otras
unidades
Condensador
Válvula de
alivio del
condensador
Condensador
Válvula de
retención
Válvula de
control del
eyector aire
Suministro de
agua de
enfriamiento
Sensor de
temperatura
Chorro de
agua del
eyector de
aire
Desagüe
Indicador de
flujo de agua de
alimentación
con válvula
Sensor de
temperatura
Sensor de
temperatura
Desagüe de
agua de
enfriamiento
Interruptor de
condensador
Indicador de
presión
ANEXO C
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 86
Conexión de
retorno de
condensados
Válvula de
retención Acumulador
Bomba de
alimentación
Válvula de
retención Desagüe
Deposito
suplementario
Válvula de
controlde deposito
suplementario
Valvula verter
Válvula
solenoide
Válvula de
control de
condensados
Medidor de
flujo de agua
de
alimentación
Sensor de
temperatura
Válvula de
retención de
agua de
alimentación
Generador
Sonda de
muestreo de
CO2/CO
Medidor de
CO2/CO
Sensor de
temperatura
Termina proceso
ANEXO D
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 87
ANEXO D DTI DE LA PROPUESTA
ANEXO D DTI DE LA PROPUESTA
DE CONTROL
CÓDIGO ANTERIOR CÓDIGO ACTUAL FECHAREVISIÓN
DIBUJÓ
REVISÓ
APROBÓ
REVISÓ
APROBÓ
ESCALA: S/ ESC. ACOTACIÓN: N/A
DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO FECHA DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO
S
S
FI
TE
FI
TE
FCV
PI
S
FVTE
TE
TIH
TI
AI
TE
TE
PI
PSV
PS
TE
PS
TIH
BIL B
TE
TS
TC
A PROCESO
GS
WS
P
P
P
AT
PSV
05A
05
05B
02
02
02B
02
02
06
06
06A
06B05B
04
04
04
02A
04
0707
01
02
01
02
02
02A
02
LT
S
SS
LC
03
03
AS
FT
07B
FC
07
19/1
FT
07A
FY
07
FV07A
FV
02B
FY
02PT
03
FV05A
FV03B
FV
02C
FV03A
PC
03
REYNA ANBELL ZANCHEZ ARANGO
FABIAN GONZALEZ MENDEZ
PLC SCL 5/04
PLC SCL 5/04
FV
02
ANEXO E ANEXO E
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 88
ANEXO E PROGRAMACIÓN EN ESCALERA
ANEXO E ANEXO E
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 89
ANEXO E ANEXO E
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 90
ANEXO E ANEXO E
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 91
ANEXO E ANEXO E
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 92
ANEXO F ANEXO E
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 93
ANEXO F DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACION AL PLC
Las siguientes imágenes muestran de una manera esquemática como se
conectaría cada uno de los instrumentos y señales de entrada y salida al PLC.
Conexión de señales de entrada al Modulo 1746-IB8.
Conexión de señales de salida al Modulo 1746-OB8.
ANEXO F ANEXO E
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 94
Conexión de señales de entrada al Modulo 1746-NI4.
Conexión de señales de salida al Modulo 1746-NO4I.
ANEXO G
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 95
ANEXO G SIMBOLOGÍA DEL DTI
ANEXO G SIMBOLOGÍA DEL DTI
CÓDIGO ANTERIOR CÓDIGO ACTUAL FECHAREVISIÓN
DIBUJÓ
REVISÓ
APROBÓ
REVISÓ
APROBÓ
ESCALA: S/ ESC. ACOTACIÓN: N/A
DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO FECHA DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO
SIMBOLOGÍA DE INSTRUMENTOS
FCV VÁLVULA DE CONTROL DE FLUJO
FC
BIL SENSOR DE FLAMA
LOCALIZACIÓN EN
CAMPO
LOCALIZACIÓN EN
TABLERO
PRINCIPAL
CONTOLADOR
LOGICO
PROGRAMABLE
IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS
PI
04
VARIABLE MEDIDA
FUNCIÓN
NÚMERO DE LAZO
ANALISIS
AT TRANSMISOR DE ANALISIS
AI INDICADOR DE ANALISIS
FLUJO
FV VÁLVULA DE FLUJO
CONTROLADOR DE FLUJO
FI INDICADOR DE FLUJO
FT TRANSMISOR DE FLUJO
TEMPERATURA
TE SENSOR DE TEMPERATURA
TI INDICADOR DE TEMPERATURA
TIH SENSOR DE TEMPERATURA ALTA
PRESIÓN
PI INDICADOR DE PRESIÓN
PC CONTROLADOR DE PRESIÓN
PSV VÁLVULA DE SEGURIDAD DE PRESIÓN
PS INTERRUPTOR DE PRESIÓN
PT TRANSMISOR DE PRESIÓN
NIVEL
LC CONTROLADOR DE NIVEL
LT TRANSMISOR DE NIVEL
VARIOS
SIMBOLOGÍA DE INSTRUMENTOS
VÁLVULAS
SENAL ELECTRICA
SENAL DIGITAL
SENAL NEUMATICA
SEÑALES
DE RETENCIÓN CHECK
DE CONTROL MANUAL
DE SEGURIDAD
INSTRUMENTOS Y EQUIPOS
FIROTAMETRO
CONDENSADOR
ACUMULADOR
BOMBA DE ALIMENTACIÓN
FILTRO
GENERADOR DE VAPOR
VENTILADOR
TC CONTROL DE TEMPERATURA
B QUEMADOR
FY CONVERTIDOR DE SEÑAL
P DESAGUE
HV VÁLVULA MANUAL
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