Ensayos para caracterización de uno de los intercambiadores de calor de la planta

El propósito de este apartado ha sido el realizar una serie de ensayos que permitan obtener un modelo del primer intercambiador de calor partiendo de que se asume la característica estática de la temperatura de salida del intercambiador de calor (TT3) como una función de las temperaturas de entrada (TT2 y TT5) y de los caudales de agua de las dos corrientes (VR1 y VR2).

Los ensayos que se han realizado se han configurado de la siguiente forma:

- En cada uno de los ensayos se establece una referencia de TT2, que se alcanzará mediante la acción de las resistencias R1 y R2, las cuales dispondrán de un controlador PID simple, y también se establece un valor fijo de VR1. En total se realizan nueve ensayos distintos: las 9 combinaciones posibles de tres valores de referencia de TT2 (20 ºC, 23 ºC y 26 ºC) y tres valores de VR1 (33%, 66% y 100%). - Se establece también una referencia de la temperatura del agua del depósito colector, o lo que es lo

mismo, de TT1, medida justo antes del paso del agua por las resistencias. Esta temperatura es también la que intenta regular el intercambiador de calor que es objeto de estudio, mediante la acción de un controlador PID simple.

- Se realizarán escalones de amplitud 10%, desde 0 a 100%, de VR2, con el fin de comprobar cómo afecta la acción del intercambiador de calor a las distintas temperaturas a medir a lo largo del rango de operación de éste.

Las variables cuyos resultados son de mayor interés en estos ensayos son, sobre todo, la acción del propio intercambiador de calor (VR2), así como las 4 temperaturas de entrada/salida del mismo:

- TT2: temperatura de entrada al intercambiador de calor del agua proveniente del depósito colector. - TT3: temperatura de salida del intercambiador de calor del agua que se devolverá al depósito colector. - TT5: temperatura de entrada al intercambiador de calor del agua proveniente de la planta de frío. - TT7: temperatura de salida del intercambiador de calor del agua que se devuelve a la planta de frío. Estas cuatro temperaturas, así como la propia acción de la válvula VR3 del intercambiador de calor, servirán para poder tener una mejor idea de cómo se comporta el intercambiador de calor.

Con el fin de presentar los resultados de los ensayos de la manera más clara posible y para que se puedan apreciar simultáneamente los cambios en VR2 y su efecto en las temperaturas, los resultados se van a mostrar primero para las temperaturas de entrada y salida de uno de los caudales de agua (junto con las referencias que se dan en cada momento a las válvulas VR2 y VR3) y, a continuación, lo mismo, pero para el otro caudal de agua. Además, se mostrarán también las temperaturas medidas para el agua del depósito colector, con el fin de comprobar si se sigue la referencia marcada.

Además, los resultados obtenidos se utilizarán posteriormente con dos propósitos:

- En primer lugar, poder obtener una malla de puntos que relacione los valores de TT2, VR2 y TT3, para cada uno de los caudales VR1 con los que se ha trabajado y conseguir llegar a una expresión de 𝑇𝑇3 = 𝑓(𝑇𝑇2, 𝑉𝑅2, 𝑉𝑅1).

- Por otro lado, identificar el acoplamiento de las oscilaciones de TT5 en TT3, en forma de una simple ganancia estática, para determinar en qué medida afectan dichas oscilaciones de TT5 de la planta de frío a la temperatura del agua que circula por el resto de la planta en su paso por el intercambiador de calor.

Referencia de TT2 = 20 ºC, referencia de TT1 = 17 ºC, VR1 = 33%

Figura 3.15 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y VR1=33%.

Figura 3.16 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y VR1=33%.

Identificación estática de la planta multiprocesos 46

Figura 3.17 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y VR1=33%.

Referencia de TT2 = 23 ºC, referencia de TT1 = 17 ºC, VR1 = 33%

Figura 3.18 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y VR1=33%.

Figura 3.19 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y

VR1=33%.

Figura 3.20 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y VR1=33%.

Identificación estática de la planta multiprocesos 48

Referencia de TT2 = 26 ºC, referencia de TT1 = 19 ºC, VR1 = 33%

Figura 3.21 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=33%.

Figura 3.22 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=33%.

Figura 3.23 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=33%.

Referencia de TT2 = 20 ºC, referencia de TT1 = 17 ºC, VR1 = 66%

Figura 3.24 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y VR1=66%.

Identificación estática de la planta multiprocesos 50

Figura 3.25 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y VR1=66%.

Figura 3.26 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y VR1=66%.

Referencia de TT2 = 23 ºC, referencia de TT1 = 17 ºC, VR1 = 66%

Figura 3.27 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y VR1=66%.

Figura 3.28 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y VR1=66%.

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Figura 3.29 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y VR1=66%.

Referencia de TT2 = 26 ºC, referencia de TT1 = 21 ºC, VR1 = 66%

Figura 3.30 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=66%.

Figura 3.31 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=66%.

Figura 3.32 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=66%.

Identificación estática de la planta multiprocesos 54

Referencia de TT2 = 20 ºC, referencia de TT1 = 17 ºC, VR1 = 100%

Figura 3.33 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y

VR1=100%.

Figura 3.34 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y VR1=100%.

Figura 3.35 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=20 ºC y VR1=100%.

Referencia de TT2 = 23 ºC, referencia de TT1 = 19 ºC, VR1 = 100%

Figura 3.36 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y VR1=100%.

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Figura 3.37 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y VR1=100%.

Figura 3.38 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=23 ºC y VR1=100%.

Referencia de TT2 = 26 ºC, referencia de TT1 = 21 ºC, VR1 = 100%

Figura 3.39 – Gráfica 1 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=100%.

Figura 3.40 – Gráfica 2 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=100%.

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Figura 3.41 – Gráfica 3 del ensayo para caracterización del intercambiador de calor con TT2=26 ºC y VR1=100%.

En base a estos resultados, las primeras conclusiones que se sacan del funcionamiento del intercambiador de calor son las siguientes:

1) En primer lugar, como era de esperar, al aumentar el valor de VR2, disminuye el valor de TT3. Esto