Mejora de la eficiencia de combustión de caldera en el proceso de fabricación de llantas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

MEJORA DE LA EFICIENCIA DE COMBUSTIÓN DE CALDERA EN

EL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLANTAS

INFORME DE COMPETENCIA PROFESIONAL

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO ELECTRÓNICO

PRESENTADO POR:

RONALD OMAR DUEÑAS PÉREZ

PROMOCIÓN

2004-1

Dedico este trabajo a:

En el presente trabajo se describe el proyecto de mejora de la eficiencia de combustión de una caldera en el proceso de fabricación de llantas para la empresa Goodyear Perú, ubicada en la ciudad del Callao.

La solución propuesta, ya implementada, se ha logrado mediante el cambio tecnológico, cambiando de un sistema de control mecánico (levas y varillas) a un sistema de control electrónico (PID) en la combustión de la caldera, realizando el ajuste de parámetros para alcanzar el desempeño óptimo de control.

La solución se ha realizado con la finalidad de mejorar la competitividad de la empresa a través de la reducción del consumo de energía (Gas Natural) en la fuente de generación de vapor y calor (Caldera acuatubular), manteniendo los valores de presión y temperatura requeridos, es decir se busca mejorar la eficiencia de combustión, reduciendo a su vez la emisión de gases contaminantes al medio ambiente.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ... 1

CAPÍTULO 1 PLANTEAMIENTO DE INGENIERÍA DEL PROBLEMA ... 3

1.1 Descripción del problema ... 3

1.2 Objetivos del trabajo ... 3

1.3 Evaluación del problema ... 3

1.4 Alcance del trabajo ... 4

CAPÍTULO 11 TEORIA DEL PROCESO DE FABRICACION DE LLANTAS ... 5

2.1 Procesos de producción de llantas ... 5

2.1.1 Procesos generales ... 5

2.1.2 Generación de fluidos críticos ... 1 O 2.2 Aspectos técnicos del caso de estudio: Caldera ... 12

2.2.1 Aspectos generales de las calderas ... 12

2.2.2 Aspectos técnicos de la caldera del caso de estudio ... 16

CAPÍTULO 111 METODOLOGÍA PARA LA MEJORA DE LA EFICIENCIA ... 25

3.1 Planteamiento de la solución ... 25

3.1.1 Análisis situacional ... 25

3.1.2 Sistema de solución propuesta ... 29

3.1.3 Dimensionamiento ... 30

3.2 Desarrollo de la solución ... 32

3.2.1 Sistema Seleccionado ... 32

3.2.2 Etapas de implementación del sistema ... 34

3.2.3 lnstalacion de componentes ... 35

3.2.4 Configuración y puesta en marcha ... 41

3.2.5 Validación de resultados ... 49

3.2.6 Ajuste de parámetros PID ... 53

CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE COSTOS Y CRONOGRAMA DE TRABAJOS ... 59

4.1 Descripción del proyecto ... 59

4.2 Objetivos del proyecto ... 59

4.3 Análisis de inversión ... 59

4.4 Cronograma del proyecto ... 60

4.5 Impacto ambiental ... 60

4.6 Análisis costo/beneficio ... 60

ANEXO A

DIAGRAMA DE ENTRADA-PROCESO-SALIDA ... 64 ANEXO B

COMPONENTES Y BLOQUES DE CONEXIÓN SISTEMA DELPHI ..... 66 ANEXO C

ESPECIFICACIONES GOODYEAR PARA PROCESO DE VULCANIZADO ... 71 ANEXO D

FORMATO DE APROBACIÓN CAPEX ... ... 73 ANEXO E

TABLA DE GRADOS DE PROTECCION IP ... 75 ANEXO F

INTRODUCCIÓN

El trabajo presentado en este informe se ha realizado para reducir la ineficiencia en el consumo de combustible en el proceso de fabricación de llantas, la cual mermaba la competitividad de la empresa. Debido a que un mayor consumo de combustible representaba mayores gastos de operación, además de aumentar la contaminación ambiental. Dada tal situación se propone mejorar la eficiencia de combustión de la caldera mediante un sistema de control de acción correctora PID. Esta solución implicaba disminuir el consumo de combustible pero se deben mantener los valores de presión y temperatura del proceso.

Para obtener un modelo aceptable que relacione la entrada (combustible) con la salida de interés (presión de vapor) del sistema de combustión de una caldera es complejo por lo que se opta diseñar los parámetros de control mediante el método ensayo y error.

El informe está organizado en cuatro capítulos:

- Capítulo 1 "Planteamiento de ingeniería del problema".- Un capítulo introductorio en el que se explica el problema de ingeniería y se precisan los objetivos del trabajo. También se hace una evaluación de la problemática y se establecen los alcances del proyecto desarrollado.

- Capítulo 11 "Teoría del proceso de fabricación de llantas".- Este capítulo se enfoca en dos aspectos primordiales, por un lado, los procesos involucrados en la fabricación de llantas, independiente del tamaño de las mismas así como las características particulares de la planta del caso de estudio. Por otro lado, se desarrollan los aspectos técnicos propios del caso de estudio, es decir de la caldera.

- Capítulo 111 "Metodología para la mejora de la eficiencia".- En este capítulo se describe el desarrollo del mejoramiento de la eficiencia de combustión de caldera en el proceso de fabricación de llantas. Consta de dos ítems principales: primero el planteamiento de la solución (Análisis situacional, Sistema de solución propuesta, dimensionamiento), y segundo el desarrollo de la solución (sistema seleccionado, etapas de implementación del sistema, instalación de componentes, configuración y puesta en marcha, validación de resultados, ajuste de parámetros PID).

ambiental y análisis costo-beneficio.

El informe se complementa con anexos y las respectivas conclusiones y recomendaciones:

- Anexo A.- Diagrama de entrada-proceso-salida

- Anexo B.- Componentes y bloques de conexión sistema De/phi- Honeywe/1 - Anexo C.- Especificaciones Goodyear para proceso de vulcanizado de llantas - Anexo D.- Formato de aprobación Goodyear CapEx (Gastos de capital) - Anexo E.- Tabla de grados de protección IP

CAPÍTULO 1

PLANTEAMIENTO DE INGENIERÍA DEL PROBLEMA

En este capítulo se explica el problema de ingeniería y se precisan los objetivos del trabajo. También se hace una evaluación de la problemática y se establecen los alcances del proyecto desarrollado.

1.1 Descripción del problema

Ineficiencia en el consumo de combustible de la caldera en el proceso de fabricación de llantas, reduciendo así la competitividad de la empresa.

Un mayor consumo de combustible significa mayores gastos de operación y repercute en la contaminación ambiental.

1.2 Objetivos del trabajo

Mejorar la eficiencia de combustión de una caldera en el proceso de fabricación de llantas, mediante un mecanismo electrónico de control de acción correctora PID.

La mejora esperada es la disminución del consumo de combustible manteniendo los valores de presión y temperatura requeridos, lo que a su vez contribuye a la reducción de los gases contaminantes que se emiten hacia el medio ambiente.

1.3 Evaluación del problema

En la actualidad, las calderas en el Perú son, en muchos casos, operadas de manera inapropiada. Una evaluación detallada de unas 80 calderas reveló que la eficiencia energética promedio oscila aproximadamente entre 65% a 75% [2].

En muchos casos, ni siquiera se ha instalado tecnología de control relativamente simple, tal como sistemas de control de exceso de aire. Por lo general, las calderas peruanas usan controles automáticos del tipo mecánico sin análisis de gases en la chimenea.

El nivel de eficiencia energética y de combustión puede incrementarse significativamente en un gran número de calderas mediante:

- La aplicación de medidas de Good HouseKeeping (Buen mantenimiento). - La instalación de equipo adicional.

- Modificando el control automático de la combustión o - El reemplazo de quemadores o de toda la caldera.

millones de toneladas al año [2].

1.4 Alcance del trabajo

Dado que obtener un modelo aceptable que relacione la entrada (combustible) con la salida de interés (presión de vapor) de este sistema de combustión, es sumamente complejo (evaluar la dinámica del actuador, la cantidad de energía química que posee el combustible y las relaciones termodinámicas y fisicoquímicas que se producen al interior de la caldera), se opta por diseñar los parámetros de control por medio de método ensayo y error.

La planta exigía que el proyecto de mejoramiento de la eficiencia de combustión de caldera en el proceso de fabricación de llantas no afectara los días de producción, por ello se disponía de los feriados calendario (ni sábados ni domingos). La empresa requería que la solución planteada fuese suministrada por una empresa especialista en el rubro y de una marca reconocida internacionalmente, basándose en lo especificado por el profesional designado de la planta.

CAPÍTULO 11

TEORIA DEL PROCESO DE FABRICACION DE LLANTAS

En este capítulo se trata de dos aspectos primordiales, los procesos involucrados en la fabricación de llantas y las características particulares de la planta del caso de estudio.

También se desarrollan los aspectos técnicos de la caldera. 2.1 Procesos de producción de llantas

En esta sección se describen dos aspectos:

- El primero explica los procesos generales de toda planta de fabricación de llantas. - El segundo se enfoca en la generación de los fluidos críticos: Vapor, aire comprimido, energía eléctrica, nitrógeno, agua.

2.1.1 Procesos generales

El proceso de fabricación de llantas cuenta con las siguientes etapas:

- Pesado de pigmentos y cauchos.- El principal componente para la fabricación de las llantas es obtener primero una goma o caucho procesado. Este debe cumplir ciertas especificaciones para cada tipo de producto. Para la obtención de la goma procesada se debe realizar una mezcla de caucho sintético, caucho natural y determinada cantidad de químicos. Estos componentes químicos que se utilizan para la obtención de la goma procesada se pesan en las cantidades apropiadas en la zona de pesado de pigmentos. Se obtienen tres compuestos adicionales para esta llanta. En la figura 2.1 se muestra el esquema de pesado, por el extremo izquierdo ingresa el material que se deposita en una faja transportadora con células de carga. El material se pesa según la secuencia indicada por el sistema.

- Mezcla de compuestos en banbury.- En este proceso se mezclan todos los ingredientes necesarios para fabricar la goma procesada o productiva, caucho natural, caucho sintético y pigmentos. La máquina es semejante a una licuadora gigante donde se mezclan los ingredientes con la ayuda de molinos que dan a la mezcla la forma laminar necesaria para obtener enrollada la goma y así obtener "tachadas", una tachada es un rollo de goma que pesa 200 kg. Se obtienen tres compuestos adicionales para esta llanta. En el área de producción se incluyen dos mezcladores de goma (Banburys) diferenciados, como se muestra en la figura 2.2, identificados con un número (Banbury #1 y Banbury #2,). En el Banbury Nº_{2 se produce la "Goma no productiva", que resulta de} mezclar el caucho, los pigmentos blancos, los aceites y el negro de humo; en el Banbury Nº_{1 se mezclan las "tachadas" de "Goma no productiva" con el azufre que sirve para la} vulcanización del caucho, al agregar esta sustancia se alcanza consistencia de la goma para que al introducir en la prensa no se averíe. Al resultado de este proceso se le conoce como "Goma productiva" la cual servir para las siguientes fases de la producción de llantas

Figura 2.2 Banbury (Fuente: Elab. propia)

- Molineado y secado de goma.- En este proceso se calienta la goma por medio de fricción y presión, esto se consigue haciendo pasar la goma a través de unos rodillos. Este proceso de calentamiento es para preparar la goma para los siguientes procesos que seguirá a lo largo del proceso productivo, se ilustra en la figura 2.3.

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Figura 2.3 (b) Secado (Fuente: Elab. propia)

- Calandrado.- La calandria es una máquina conformada por una cantidad considerable de rodillos gigantes que se encargan de engomar ambas superficies de una tela especial hecha de nylon o poliéster. El proceso productivo de la calandria comienza cuando se cargan los rollos de tela, y mientras van circulando por varios rodillos se añade goma a ambas caras. Esta tela engomada producto de la calandria se conoce como "Tratamiento". Un tratamiento cuenta con aproximadamente 1.25mm de espesor y es utilizado para formar los pliegos de las llantas que son la base de toda la llanta. Como se muestra en la figura 2.4.

Figura 2.4 Calandria de tela (Fuente: Elab. propia)

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Figura 2.5 Formadora de talón (Fuente: Elab. propia)

- Extrusado.- Realiza una distribución del volumen de los compuestos de hule que pasan

por un molde, de esta manera se distribuye el hule para formar la parte de la llanta que se esté fabricando. El tubulado es el proceso mediante el cual se obtiene el rodado, los costados y los rellenos, como se muestra en la figura 2.6.

Figura 2.6 Extrusado (Fuente: Elab. propia)

- Formadora de alambres Steelastic.- Fabrica los "cinturones estabilizadores", estos son de acero, se fabrican extruyendo las cuerdas de acero entre capas de compuesto de hule. El material ya extruido se corta en forma diagonal. Las tiras cortadas posteriormente se unen para formar un cinturón de acero continúo que irá encima de los pliegos por debajo del rodado de las llantas y le dará a la llanta mayor resistencia y flexibilidad. Esta lámina es agregada en el proceso de construcción de las llantas. Para la nueva llanta se usara un alambre nuevo más grueso. Como se ilustra en la figura 2.7.

9

- Armado y conformado - Construcción de llanta verde.- En esta parte se unen los rodados, las bandas y las pestañas para la construcción de la llanta verde, previa a la vulcanización y obtención del producto final, el neumático. Esta operación es realizada por un operario que se encarga de unir las partes antes mencionadas con la ayuda de una máquina que rota y convierte los pliegos en un rollo para adherirle mediante unos aditivos especiales y presión. En la Figura 2.8 se muestra el proceso similar para todas las llantas.

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Figura 2.8 Esquema del subproceso (Fuente: Elab. propia)

- Vulcanizado.- Se inyecta vapor a alta presión procedente de la caldera. En este proceso se realiza la vulcanización u "horneado" de la llanta verde para obtener el neumático. El vulcanizado consiste en la colocación de la llanta verde en los moldes de vulcanización para que la llanta adquiera la forma de este. La presión comprime la llanta verde forzándola a tomar la forma del molde. Este molde conforma el diseño de la banda de rodamiento. En la figura 2.9 se muestra el proceso para todas las llantas.

Figura 2.9 Esquema y vista real de vulcanizado (Fuente: Elab. propia)

busca Goodyear. En caso no se cumpla con las especificaciones las llantas se desechan. Finalmente, las llantas que pasaron el control de calidad son transportadas al almacén de productos terminados, listas para distribuirse. Como se muestra en la figura 2.1 O.

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Figura 2.10 Inspección final y almacenado (Fuente: Elab. propia)

Para complementar la información expuesta, en el anexo A se muestra el diagrama de entrada-proceso-salida respectivo. Se puede apreciar en él cada uno de los pasos antes explicados incluyéndose los bloques en la parte de inspección (Rayos X, FVM o máquina de variación de fuerza, balanceadora dinámica-estática DBM)

2.1.2 Generación de fluidos críticos

Para el proceso de fabricación de llantas es necesario la generación y suministro de vapor, aire comprimido, energía eléctrica, nitrógeno y agua.

a. Vapor

Para la generación de vapor se utilizan calderas. Estas por lo general consumen gas natural o petróleo pesado #6, siendo el gas natural un combustible medio ambientalmente "limpio" comparado con el petróleo pesado #6, el cual es una fracción del petróleo que se obtiene como residuo en la destilación fraccionada y que generalmente se utiliza como combustible para plantas de energía eléctrica, calderas y hornos. Antes del descubrimiento del gas natural en el Perú, todas las calderas usaban petróleo pesado #6 y diésel #2, siendo el petróleo pesado #6 de mayor uso por su menor costo que el diésel #2.

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- Caldera pirotubular: En este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes producto de la circulación de los gases de escape.

- Caldera acuatubular: Son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas y la industria en general, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación.

- Vapor saturado: El "vapor saturado" es vapor a la temperatura de ebullición del líquido, que para calderas es agua. Es el vapor que se desprende cuando el líquido hierve. Se obtiene en calderas de vapor. El vapor saturado se utiliza en multitud de procesos industriales.

b. Aire comprimido

Se genera aire comprimido de baja y alta presión, es decir de 1 00psig y 150 psig para los diversos sistemas de control y procesos de producción descritos en la sección anterior.

c. Energía eléctrica

Se reciben 10kV y se transforman en 2.3 kV y finalmente en 0.44kV, para ello es necesario contar con al menos 01 sub estación eléctrica. La transformación en 2.3 kV se utiliza para los motores principales y molinos de los banbury y extrusora que tienen una potencia de 800 HP a 1000 HP.

d. Nitrógeno

Utilizado en el proceso de vulcanización, se recibe en estado líquido en tanque criogénico (especial para contener fluidos en bajas temperaturas y altas presiones) y mediante evaporizadores (su función es convertir el nitrógeno del estado líquido al gaseoso) se envía al proceso a una presión de 310 psig y con una temperatura mayor o igual a 20 ºF.

e. Suministro de agua

Se extrae agua de pozos con una profundidad de 150 m y se bombea con una presión de 50 psig a toda la línea de suministro de agua. Asimismo esa agua se utiliza para alimentar la caldera previo tratamiento químico con ablandadores y osmosis inversa. A continuación se explican los conceptos más resaltantes:

- Osmosis Inversa: El proceso de la ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable para separar y para quitar los sólidos disueltos, los orgánicos, los pirogénicos, la materia coloidal sub microorganismos, virus y bacterias del agua. La ósmosis inversa es capaz de quitar 95%-99% de los sólidos disueltos totales (TOS) y el 99% de todas las bacterias, de esta manera se proporciona agua segura, pura para diversos procesos industriales o consumo humano.

2.2 Aspectos técnicos del caso de estudio: Caldera

Esta sección se divide en dos subsecciones principales: Aspectos generales de las calderas. Los aspectos técnicos de la caldera del caso de estudio.

2.2.1 Aspectos generales de las calderas

La caldera es todo aquel recipiente cerrado en el cual se calienta agua o se genera vapor generalmente de agua para ser usado fuera de él a una presión mayor que la atmosférica. Una caldera es un generador de calor que transforma la energía química del combustible en energía calorífica. En una caldera se produce la combustión que es la liberación del calor del combustible y la captación del calor liberado por el fluido [3].

El calentamiento de una caldera es producido por la inflamación de un elemento combustible dentro de la cámara de combustión u hogar de la caldera. Los combustibles comúnmente usados en las calderas modernas son gas natural y líquidos o gaseosos derivados del petróleo. La cámara de combustión de la caldera y las paredes de la misma están diseñadas para aprovechar al máximo la energía en forma de calor que se libera cuando se inflama el combustible.

Las calderas y aparatos a presión, requieren precauciones y cuidados especiales.

Para ello rigen reglamentaciones muy estrictas. Acarrean riesgos de explosiones o accidentes debidos a fallas en los componentes. La alta presión interna y sus frecuentes cambios, aumentan el riesgo de tales accidentes. Es esencial que las calderas y los aparatos a presión estén instalados y manejados según las reglamentaciones por personas competentes y autorizadas que deben realizar el mantenimiento. [4][5][6].

A continuación se desarrollan los aspectos generales de las calderas, organizado de la siguiente manera: Elementos y partes de una caldera, regulación y eficiencia, calderas industriales, principales sistemas de combustión, combustión, control de nivel, y seguridad de la flama.

a. Elementos y partes de una caldera

Los elementos principales son los siguientes:

- Los tubos en cuyo interior puede fluir el vapor y el agua en calderos acuotubulares o el fuego y los gases de combustión en los calderos pirotubulares.

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calderos acuotubulares.

- La cámara de combustión u hogar que se llama flú en caso de caldero pirotubular y horno en caso del acuotubular.

- La bomba de agua. - La bomba de petróleo.

- Los filtros y equipo de precalentamiento de petróleo.

- El quemador y dispositivos auxiliares del quemador: compresor de aire, transformador elevador, electrodos, ventilador, motor modutrol, presóstato de modulación, válvula de mariposa, el pirómetro y fotocelda, el dispositivo de encendido primario o piloto etc.

- Las válvulas de seguridad tanto de presión de vapor como de alivio de los gases ante un fogonazo o expansión brusca.

- El control de nivel de agua sea por columna o por relé y varillas de nivel. - El sistema de purgas de agua de fondo.

- El programador electrónico de control de la secuencia de funcionamiento del caldero. - El equipo de tratamiento del agua.

- El sistema de aislamiento térmico de calor formado por ladrillo refractario, lana de vidrio, cemento refractario, etc.

b. Regulación y eficiencia

En el caldero existen tres flujos principales: El agua, el vapor y el combustible y gases de la combustión. Cada uno de estos circuitos tiene diversos parámetros, esto es: temperaturas, presiones y masas de entrada y salida, etc.

La regulación de un caldero consiste en fijar sus parámetros mediante el ajuste de válvulas e instrumentos, con el objetivo de operar el equipo de la manera más eficiente posible. Ello se traduce en lo siguiente: para la generación del vapor requerido se debe consumir el menor combustible posible, generando a su vez lo menos posible de gases de combustión reduciendo al mínimo la temperatura de salida de estos gases, evitando así las pérdidas de calor. En resumen: la eficiencia está dada por la relación entre el calor generado por el vapor entre el calor total entregado por el combustible en combustión completa. Para la determinación de la eficiencia de combustión de una caldera, se debe primeramente identificar el combustible utilizado. La eficiencia se puede calcular teóricamente o utilizando tablas, las cuales se muestran en las figuras 2.11 y 2.12 de la AEE "Association of EnergyEngineers".

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Figura 2.11 CuNa de eficiencia para gas natural (Fuente: AEE)

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Figura 2.12 Curva de eficiencia para petróleo pesado #6 (Fuente: AEE)

c. Calderas industriales

Las calderas industriales suelen distinguirse por los métodos de transferencia de calor y el sistema de combustión empleado. Se explicaron ya las Calderas acuotubulares y Calderas pirotubulares (2.2.1.a), ahora se explicará lo que respecta a las calderas de hierro fundido.

En las calderas de hierro fundido, las secciones de hierro fundido contienen duetos tanto para el agua como para el gas de combustión. Son utilizadas para producir vapor a baja presión y agua caliente. Están alimentadas generalmente con petróleo o gas y, en menor medida, carbón.

d. Principales sistemas de combustión

La caldera se caracteriza por una capacidad nominal de producción de vapor en t/h a una presión especificada y con una capacidad adicional de caudal en altas demandas de consumo de la planta. La caldera debe mantener una presión de trabajo constante para la gran diversidad de caudales de consumo en la industria, por lo cual debe ser capaz de: Aportar una energía calorífica suficiente en la combustión del fuel-oíl o del gas con el aire. Desde el punto de vista de seguridad, el nivel debe estar controlado y mantenido dentro de unos límites; es necesario mantener una llama segura en la combustión. Los sistemas de combustión son:

d.1 Hogares mecánicos

Existen diversos tipos y funciones de hogares mecánicos. En los de alimentación inferior, el combustible y el aire de combustión se suministran desde debajo de la parrilla, y las cenizas se descargan por el costado o la parte trasera. Los de alimentación superior, que pueden ser de carga en masa o, el más común, con esparcidor, suministran el aire de combustión desde la parte inferior de la parrilla, y el combustible se distribuye por encima de la misma. El hogar mecánico esparcidor con parrilla estacionaria es muy usado en la industria azucarera para quemar el bagazo.

d.2 Quemadores

Este variado grupo de dispositivos administra el suministro de la mezcla de aire y combustible en el horno en condiciones de velocidad, turbulencia y concentraciones apropiadas para mantener tanto la ignición como la combustión. Las calderas de vapor se utilizan en la mayoría de las industrias debido a que muchos procesos emplean grandes cantidades de vapor.

2.2.2 Aspectos técnicos de la caldera del caso de estudio

17

Tabla 2.1 Aspectos técnicos de la caldera del caso de estudio (Fuente: Tecnolog)

Parámetro Descripción

Fabricante Tecnolog

Marca APIN

Tipo O acuatubular

Potencia 700 BHP

Capacidad 24,000 Lb/Hr

Máxima presión interna 250 psio

Quemador De oas natural marca Webster

Controles marca Honeywe/1

Combustión Mediante modutrol (mediante levas y varillas mecánicas se controla la apertura y cierre de la válvula de ingreso de combustible y del damper para el ingreso aire)

Eficiencia de combustión 75%- 80% Presión de vapor de trabajo 230 psig

especificada

Agua de Alimentación a Caldera Suministro de agua de pozo profundo

Tratamiento de agua mediante ablandadores y planta de osmosis inversa

Bombas para suministro de aqua marca Grundfos

Valvulas shut off Marca Maxon

Válvulas de seguridad de alivio de 2 unidades marca Kunkle

presión

Para efectos ilustrativos se presenta a continuación una serie de imágenes relacionadas al caso de estudio. En las figuras 2.13 y 2.14 se muestran la placas de la caldera, la primera es la de fábrica y la segunda es la del propietario.

Figura 2.13 Placa de fabricante de la caldera (Fuente: Elab. Propia)

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En la figura 2.15 se muestra la caldera totalmente construida en las instalaciones del fabricante. Se destacan en ella algunas partes importantes.

La figura 2.16 corresponde al "Economizador" el cual es un intercambiador de calor que aprovecha la alta temperatura de los gases de combustión para calentar el agua de ingreso a la caldera.

Para tener una mejor comprensión de cómo está construida la caldera se muestra sin el aislamiento en la figura 2.17. En él se puede ver los domos de vapor y de agua, además del man-hole (entrada de hombre) para inspeccionar y realizar los ensayos no destructivos.

En la figura 2.18 se muestra un esquema del domo superior (de vapor) en el que se puede apreciar a los tambores separadores de vapor que ayudan a eliminar las gotas de agua haciendo que el vapor sea de mejor calidad para el proceso.

En la figura 2.19 se muestra el tablero de fuerza y de control de la caldera.

En la figura 2.20 se muestra el tanque desareador que cumple la función de calentar, almacenar y quitar el oxígeno al agua de alimentación a la caldera. En la figura 2.21 se muestran las bombas de alimentación de agua y ablandadores.

Finalmente, en las figuras 2.22 y 2.23 se presenta el esquema de tratamiento de agua de alimentación a las calderas y el esquema de flujo de vapor a la zona de vulcanizado.

Puede notarse en la figura 2.22 la trayectoria del agua: del pozo profundo #2 con agua dura (con sales minerales), a la poza de salmuera en la que se añade sal industrial para que así ingrese a los tanques ablandadores los cuales le quitan la dureza por intercambio iónico, posteriormente ingresa el agua a la osmosis inversa en donde se elimina totalmente la dureza, luego se le añaden químicos para adecuar el agua que necesita la caldera y alargar su vida útil, de ahí pasa al desareador y luego a las bombas de agua, para finalmente llegar al caldero.

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Figura 2.16 Economizador APIN (Fuente: Empresa Tecnolog)

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Figura 2.18 Tambores Separadores de Vapor- (Fuente: Empresa Tecnolog)

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-·--·---Figura 2.19 Tablero ua control (Fuente: Elab. Propia)

Figura 2.20 Tanque desareador (Fuente: Elab. propia)

Tanque de almacenamiento de

agua de ósmosis

TAl\'OUE ABLANOAOOR[S DE !,GUA

OSMOSIS ltMRSA

1.- F"OR!.IULA 621 SfCUESTR.mTE Of OXIGfNO

2.- f'OOMULA 815-BF f'OSíATO POUU(ROS

3.- FORMUIÁ Slll MIJNAS EN SOLUCI0/1 ACUOSA

T�NOUE OCSAAEAOOR

VAPOO. AGUA

SAUIUERA

POZO #2

B01'8.AS DE AGUA

OILOCRO 1 CALDERO 2 CALDERO 3

7 prensas de dos cavidades (llantas camión) 8 prensas de dos cavidades (llantas radiales)

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1 O prensas de dos cavidades (llantas radiales)

8 prensas de dos cavjdades (llantas convencionales)

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CAPÍTULO 111

METODOLOGÍA PARA LA MEJORA DE LA EFICIENCIA

En este capítulo se expone el proceso de mejoramiento de la eficiencia de combustión de la caldera en el proceso de fabricación de llantas.

3.1 Planteamiento de la solución

Esta sección se organiza en dos partes. Primero se realiza el análisis situacional con el fin de explicar el sistema propuesto y finalmente realizar el dimensionamiento.

3.1.1 Análisis situacional

El proceso de vulcanizado en la fabricación de llantas, utiliza vapor· saturado a diferentes presiones con su correspondientes temperaturas (anexo C).

- Presión: - Presión: - Temperatura

160psig +/- 5 psig 200 psig +/- 5 psig 388 ºF +/- 2 ºF

Por la distancia de separación que existe desde la zona del proceso de vulcanización hacia la caldera es necesario enviar desde la caldera (hasta una estación de válvulas de control reductoras de presión electrónicas) vapor saturado con las siguientes características:

- Presión: 220 a 235 psig.

- Temperatura: 390 a 400 ºF.

La caldera opera las 24 horas del día, los 360 días del año (excepto feriados no laborables) y ante cualquier variación de presión de vapor fuera de esas especificaciones de por lo menos 30 segundos puede generar inmediatamente defectos en el proceso de vulcanizado de la llanta y se producirían llantas "scrap" (de desecho).

En las tablas 3.1 a la 3.5, se muestran los datos obtenidos de la caldera utilizando el sistema modutrol, necesarios para calcular su eficiencia de combustión que tiene:

Tabla 3.1 Datos 1 Caldera

Datos 1 Caldera

Producción de Vapor (Lb/hr) 8,270

Temperatura de Chimenea (º_{F) 430}

Temperatura Ambiente (ºF) 80

Tabla 3.2 Datos 2 Caldera

Datos 2 Caldera

Producción de Vapor (Lb/hr)

₉₅₀₀

Temperatura de Chimenea (º_F)

₄₃₁

Temperatura Ambiente (º_F)

₈₀

%02

5

Tabla 3.3 Datos 3 Caldera

Datos 3 Caldera

Producción de Vapor (Lb/hr)

₁₀₀₀₀

Temperatura de Chimenea (º_F)

₄₃₂

Temperatura Ambiente (º_F)

₈₀

%02

4.5

Tabla 3.4 Datos 4 Caldera

Datos 4 Caldera

Producción de Vapor (Lb/hr)

₁₁₀₀₀

Temperatura de Chimenea (º_F)

₄₃₃

Temperatura Ambiente (º_F)

₈₀

%02

4.2

Tabla 3.5 Datos 5 Caldera Datos 5 Caldera

Producción de Vapor (Lb/hr)

12000

Temperatura de Chimenea (º_F)

₄₃₄

Temperatura Ambiente (º_F)

₈₀

%02

3.8

De los datos obtenidos en las tablas se calcula la eficiencia de combustión de la caldera utilizando la gráfica de la figura 2.11 o también realizando cálculos con las siguientes fórmulas matemáticas (8):

- Cálculo del % de Exceso de Aire:

% Exceso Aire=% 02 / (21-%02) ... (2.1)

- Cálculo del % de C02 :

- Cálculo de la Eficiencia de Combustión:

Eficiencia Combustión= _{(100-0.55 x (Temp Chim-Temp Amb)) % CO2} .... _(2.3)

Donde:

Temp Chim: temperatura de gases en chimenea de caldera Temp Amb: temperatura ambiental

27

Utilizando las fórmulas matemáticas (2.1 ), (2.2) y (2.3) se obtienen los valores de eficiencia de combustión para cada dato muestreado, con un promedio de eficiencia de combustión de 78.87%, como se muestra en la tabla 3.6.

Tabla 3.6

Eficiencia Combustión Caldera - Sistema Modutrol

Descripción

Datos 1

Datos 2

Datos 3

Datos 4

Datos 5

% Exceso de Aire

40.00%

31.25%

27.27%

25.00%

22.09%

% de C02

8.50

9.07

9.35

9.52

9.75

Eficiencia de Combustión

_76.71

78.71

79.29

79.61

80.02

Sistema Modutrol %

Actualmente la caldera posee un sistema de control de combustión de lazo cerrado del tipo modulado denominado "sistema modutrol", como se ilustra en la figura 3.1. Este sistema está conformado por los siguientes dispositivos:

- Programador.- situado en el tablero de control. De fabricación Honeywe/1, el cual es un microprocesador integrado que realiza el control total de la caldera. Recibe información de diversas fuentes para realizar las operaciones que aseguren el cumplimento de los puntos de consigna (set points), además de alarmas, detección de fallas, entre otros.

- Modutrol.- varía la posición de las varillas y levas mecánicas para regular el ingreso de aire y gas natural en el quemador

- Válvula de control de ingreso de gas natural.- regulada por el modutrol -

Damperde

ingreso de aire para la combustión.- regulada por el modutrol

- Levas y varillas.- Dispositivos mecánicos utilizados para efectuar el mando la válvula de ingreso de gas natural y del dámper de aire.

•

Válvula de ingreso de gas natural

. Motor modutrol

mecánico

, mecánicas

Figura 3.1 Sistema Modutrol (Fuente: Hoja técnica Webster HDRV)

En el sistema, el motor modutrol controla la combustión de la caldera, mediante levas

y varillas mecánicas, la válvula de ingreso de gas natural y el dámper de aire del quemador de la caldera para mantener constante la presión establecida en el presóstato (230 psig), que se ubicada en el domo de vapor. La presión de vapor de salida hacia el proceso se monitorea por el presóstato que envía una señal al modutrol para corregir la variación de presión en el punto de consigna dado.

Para una mejor ilustración del sistema de control de combustión, se muestra un diagrama de bloques del control de combustión utilizando el sistema modutrol, en la figura 3.2 Este sistema actualmente presenta desventajas, tanto en lo relacionado a la seguridad y _{a la eficiencia de combustión.}

Ingreso de Gas y aire

...

'

Control de Gas y aire

Transmisión varillas y levas mecánicas

...__ j

Set Point

Presió_{_}n_{_}d_{_}e_{_}s_{_}e_{_}ad_{_ _}a_{__,.. :::::.�"ru.�íi'.,;,,, �i':=��-ílJil----_J}

Figura 3.2 Diagrama de bloques (Fuente: Elab. Propia)

29

- Eficiencia de la combustión.- el tipo de control clásico utilizado y el desgaste de la transmisión mecánica, tanto para el control de la válvula de ingreso de gas y del dámper aire, ocasionan que la relación aire combustible no sea la óptima, consumiendo mayor cantidad de gas natural del necesario.

La eficiencia de combustión de este sistema es oscilante entre 75% al 80%, como se obseNa en la tabla 3.6. Obteniendo 80% solamente los primeros días de realizado la calibración y mantenimiento del sistema de varillaje y levas del sistema de combustión.

La máxima eficiencia de combustión que se obtiene en los quemadores de las calderas es de 85% [1 O], de ahí que se decidió realizar la mejora y obtener un ahorro económico significativo al mejorar la eficiencia de combustión a por lo menos 82% controlando el porcentaje del oxígeno (%02) en la combustión del quemador con un

sistema de control automático [1].

3.1.2 Sistema de solución propuesta

Por los motivos expuestos, para el mejoramiento de la eficiencia de combustión, el sistema de control debe ser cambiado por un tipo de control moderno, incluyendo el control del porcentaje del oxígeno resultante después de la combustión, el cual debe ser el óptimo. Esto se explica de la siguiente manera:

El nuevo sistema se muestra en la figura 3.3, y debe:

- Utilizar servomotores independientes para el mando de la válvula de ingreso de gas natural y del

dámperde

aire (en reemplazo de los elementos mecánicos).

- Incorporar la medición del oxígeno resultante de la combustión, el cual es un indicativo si hay deficiencia o exceso de oxígeno en la combustión.

- Reemplazar el presóstato por un transmisor de presión con lectura continua.

- Utilizar un sistema de control PID que permita comandar los servo motores y reciba

información de presión de vapor y porcentaje de oxigeno (%02).

S t P . t Presión deseada e oin s ₀

2 deseado

Figura 3.3 Diagrama de Bloques del nuevo sistema de control de combustión propuesto

(Fuente: Elab. Propia)

Existen en el mercado nuevas tecnologías y marcas para mejorar la eficiencia de combustión de una caldera, añadiendo principalmente un tipo de control PID a la relación aire-combustible del quemador, optimizando la combustión, disminuyendo el consumo de gas natural y el consumo eléctrico en el motor del ventilador. Ninguna de estas tecnologías han sido instaladas en el Perú.

3.1.3 Dimensionamiento

Para realizar la selección de los nuevos elementos propuestos en la solución, se ha considerado las características mecánicas, eléctricas, tiempos de respuesta, condiciones de trabajo y seguridad que el proceso requiere.

31

funcionamiento de la caldera, es decir se deben centralizar todas las señales de la caldera en el nuevo sistema, con capacidad de responder de forma rápida, a las fluctuaciones de carga que el proceso de vulcanización exige.

A continuación se describen las características de los componentes de la solución propuesta:

a. Transmisor de presión

- Alimentación eléctrica: 24 Vdc

- Rango de presión de O - 400 psig

- Señal de salida: 4-20 mA

- Tipo conexión:½" NPT

- Tipo de señal doble: monitoreo y control

- Temperatura ambiente: hasta 50 ºC

- Grado de Protección: IP 56

b. Sensor de 02

- Alimentación eléctrica: 24 Vdc

- Señal de salida: 4-20 mA

- Temperatura de trabajo: hasta 400 ºC

- Presión de trabajo: hasta 400 psig - Tipo conexión:½" NPT

- Exactitud: +/- 2% FS (Full Scale) - Temperatura ambiente: hasta 50 ºC - Grado de Protección: IP 67

c. Servomotores electrónicos

- Alimentación eléctrica: 11 O Vac / 60 Hz - Señal de entrada: 4-20 mA

- Torque: mínimo 80 Lb - pulgada

- Con señal de retroalimentación de posición

- Exactitud: +/-0.1 º

- Con indicador visual de posición

- Temperatura ambiente: hasta 50 ºC

- Grado de Protección: IP 53

d. Variador de Velocidad - Alimentación eléctrica: - Potencia:

- Señal de entrada:

440 Vac / 60 Hz/ trifásico 40 HP

- Señal de salida: - Tipo conexión:

- Temperatura ambiente: - Grado de Protección:

e. Tacómetro

- Alimentación eléctrica: - Frecuencia de operación:

- Temperatura de trabajo:

- Señal de salida:

4-20 mA o 0-10 Vdc ½"NPT

hasta 40 ºC

IP 54

24 Vdc

Mínimo 15 Khz hasta 60 ºC 4-20 mA - Tipo conexión: ½" NPT - Señal de monitoreo y control

- Temperatura ambiente: hasta 50 ºC

- Grado de Protección: IP 21

f. Sistema PID

- Integrado en PLC

- Opción de modificar los parámetros PID - Opción de auto-tunning

- Con pantalla HMI touchscreen - Doble nivel de password

3.2 Desarrollo de la solución

Desde el punto de visto técnico, para asegurar una máxima eficiencia en la operación de cualquier caldera, primero es importante mantener la relación aire-combustible al mínimo y segundo regular la cantidad de aire y combustible de forma correcta para adquirir la presión requerida del proceso en todo momento. Para cumplir estos requisitos, los diversos sistemas utilizan una corrección continúa de oxígeno mediante un sensor robusto en la chimenea de la caldera conectado a un panel que integra todos los controles de seguridad y la regulación de la combustión mediante el posicionamiento de lo servomotores que controlan el dámper de aire y la válvula de combustible, además de la opción de usar un variador de frecuencia para ajustar aún más la velocidad del motor del ventilador de la caldera.

Desde el punto de vista económico, el resultado de la solución debe generar el retorno de la inversión económica en un plazo máximo de 2 años, este es la condición impuesta para la ejecución del mismo.

3.2.1 Sistema Seleccionado

33

líder mundial de controles para quemadores industriales Honeywe/1.

Este sistema ofrece una alta adaptabilidad y flexibilidad para ser incorporado al sistema de combustión existente de la caldera y además de monitorear las alarmas de los demás componentes como: nivel de agua, tren de gas natural, seguridades de la caldera, entre otros.

El sistema se representa en el esquema mostrado de la figura 3.4. Donde se indican encerrado en círculo color rojo los nuevos componentes que se han incorporado, los

cuales forman parte del sistema De/phi y reemplazan al antiguo sistema de control de

combustión.

Asimismo se ha realizado un análisis económico previo y proyectado, (mostrado en la tabla 3.7 y la tabla 3.8), donde con un incremento de 3% (de 79% a 82%) en la eficiencia de combustión se obtendría un ahorro esperado de 30,000 USO anuales:

Tabla 3.7 Situación actual (Modutrol)

Potencia de salida 700 BHP

Carga de Promedio 60%

Potencia promedio de salida 420 BHP

Potencia promedio de salida en BTU 14,061, 180 BTU/Hr

Eficiencia actual 79.00%

Entrada en BTU promedia 17,147,780 BTU/Hr

Horas de operación anual 8,400 horas

Costo de combustible 5.34 USO/ MMBTU

Costo anual de combustible USO 799,180.84

Tabla 3.8 Situación posterior proyectado (Sistema De/phi)

Potencia de salida 700 BHP

Carga de Promedio 60%

Potencia promedio de salida 420 BHP

Potencia promedio de salida en BTU 14,061, 180 BTU/Hr

Eficiencia proyectada 82.00%

Entrada en BTU promedia 16,445,825 BTU/Hr

Horas de operación anual 8,400 horas

Costo de combustible 5.34 USO/ MMBTU

Costo anual de combustible USO 769,180.84

Ahorro proyectado USO 30,000

Ahorro Proyectado= Costo Combustible Actual - Costo Combustible Proyectado ... (2.4) Ahorro Proyectado= 799,180.84 - 769,180.84 = 30,000 USO

a. Secuencia de operación

aire combustible al mínimo, de forma que se obtenga una combustión completa. El algoritmo se ha diseñado para mantener la repetibilidad independientemente del diseño de la caldera, una vez que el sistema se ha puesta en marcha. Para minimizar el consumo de combustible, el sensor de 02 permite monitorear el porcentaje de 02 en la chimenea y lograr el valor de 02 establecido para obtener una combustión completa,

obteniendo el incremento o disminución del ingreso del aire a través del dámper de aire o mediante el variador de velocidad que controla el motor del ventilador de la caldera.

Cada servo (actuador) está equipado con una entrada de 4-20 mA para obtener un posicionamiento preciso y una salida de 0-5 VDC para indicar la posición de retroalimentación. Cada actuador tanto de la entrada de combustible como del ingreso del aire se ha configurado de acuerdo a la guía de instalación del fabricante. Cuando la se ha finalizado la configuración, se puede verificar la posición exacta del actuador con una prueba de tres puntos para asegurar el comando adecuado y la retroalimentación.

c. Tasa de Combustión

La variable del proceso de una caldera se selecciona para controlar la temperatura de salida del agua o la presión de vapor de salida de la caldera.

La presión de vapor a la salida se controla utilizando el método PID con un algoritmo que determina la apropiada tasa de combustión para satisfacer el valor de consigna de la presión. El valor de consigna de la presión se ajusta a través de la pantalla táctil.

Los parámetros del control PID se pueden configurarse a través del modo Auto-Tune. Este modo permite al lazo aprender los mejores parámetros PID que el proceso requiere.

El modo manual se activa a través de la pantalla táctil del panel de combustión del sistema De/phi, permite controlar la tasa de combustión independiente del valor de la variable controlada. Si el modo está activo se habilitan los límites altos.

3.2.2 Etapas de implementación del sistema

Debido a la poca disponibilidad de la caldera para realizar las modificaciones necesarias, el tiempo de importación de los componentes, la instalación de los nuevos componentes, la puesta en marcha y la validación del beneficio económico obtenido, la implementación tuvo una duración de 4 meses y se planificó en 5 etapas:

Etapa 1: Adquisición de componentes duración 3 meses Etapa 2: Instalación de componentes duración 1 día

Etapa 3: Configuración, Puesta en marcha duración 1 día

Etapa 4: Validación de resultados duración 1 semana

Etapa 5: Ajuste de parámetros PID duración 1 semana

35

3.2.3 Instalación de componentes

La instalación de los componentes se realizó durante una parada programada que tuvo la planta por feriado de fiestas patrias. El día 28 julio del año 2011 se procedió a retirar el sistema de combustión de levas y varillas controlado por el motor modutrol e instalar los nuevos componentes que conforman el sistema De/phi. Como se muestra en la figura 3.4.

Previa a la instalación de los componentes es necesaria la instalación de un pozo a tierra de menos de 1 ohmio exclusivamente para el sistema De/phi para evitar cualquier defecto o mal funcionamiento de los equipos electrónicos. Siendo este requisito mandatorio.

Consideraciones adicionales requeridas por el fabricante:

- Humedad: El panel del sistema De/phi debe ser instalado en un ambiente donde la humedad relativa nunca alcance el punto de saturación. El modulo relé dentro del panel opera a un máximo de 85% de humedad relativa, sin condensación. La humedad condensada puede causar una pérdida de la seguridad.

- Vibración: No instalar el panel en lugares donde podría estar sujeto a vibraciones mayores a 0.5 G continua como máximo (donde G = 9.8 m/s2_).

- Clima: El panel no está diseñado para ser resistente a la intemperie. Cuando sea instalado al aire libre deberá ser protegido.

En el anexo B se muestran las tablas B.1 a la B.5 (manual de instrucciones de instalación YP9000A - Honeywe/1) con información de los componentes del panel del sistema De/phi y los correspondientes bloques de conexión del panel con las señales que se van a controlar y monitorear.

Para ilustrar la solución planteada, se muestran fotos del antes con el sistema modutrol y después del proyecto con el nuevo sistema de control automático De/phi de Honeywe/1:

a. Componentes anteriores a la solución-Sistema MODUTROL

En las figuras 3.5 a 3.9 se muestran las imágenes de sus diversos elementos.

b. Componentes de la solución propuesta- Sistema De/phi

4-20mA

Limite alto H2O

Caldera

Detector de flama

IGN. XFMR.

Presóstato de nivel mínimo de aire

Damper Corte por

nivel bajo de agua

Transmisor de presión 0624Oñfi?

Motor del

Válvula de Corte manual

Servomotort

.-VPS �';."'""·�.

V4055

Regulador _{._. . v 4062}

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Min. GN _{de Corte}

Seguridad

1

C6097

Servomotor

V4055 _{Válvula de}

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C437

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Válvula

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Alta GN

Válvula

� modulación

de Corte V4297

Seguridad V4295N8295

2 V4046CN8046C V48N88 �· · Válvula piloto

Figura 3.4 Diagrama esquemático de la solución (Fuente: Honeywel�

1

l.

Sensor de

Figura 3.5 Tablero Control Sistema Modutrol (Fuente: Elab. Propia)

Figura 3.6 Motor Modutrol (Fuente: Elab. Propia)

Figura 3.9 Pressuretrol - Setea presión de trabajo en Sistema Modutrol (Fuente: Elab. Propia)

En las figuras 3.1 O a 3.16 se muestran los componentes de solución Honeywe/1.

Figura 3.11 Válvula de control Ingreso Gas Natural (Fuente: Elab. Propia)

Figura 3.12 Servomotor Control

Damperde

Aire (Fuente: Elab. Propia)

Figura 3.15 Transmisor de presión a la salida de la caldera (Fuente: Elab. Propia)

Sensor de 02

3.2.4 Configuración y puesta en marcha

Finalizado los trabajos de instalación de componentes que conforman el sistema De/phi y de verificar el cableado, además de la polaridad de alimentación se procedió a la configuración del sistema De/phi.

Entre ellos tenemos el manejo de usuarios y contraseñas, establecimiento de parámetros, habilitación y ajuste variador de velocidad, selección combustible, ajuste valor máximo de temperatura de gases de combustión en chimenea y del actuador del aire, habilitación de auto sintonía de los PID, ajuste de control PID, configuración de actuador de combustible y de aire, finalmente, configuración de curva de combustión. a. Niveles de Acceso - Usuarios y Contraseñas

En primer lugar se debe acceder mediante un nombre de usuario y contraseña. Existen tres niveles de usuarios y contraseñas que permiten ingresar a los diferentes niveles de acceso:

- 1

°

Nivel Instalador: Solo para el instalador

- 2° _{Nivel Manager: Solo para el administrador}

- 3° _{Nivel Usuario: Para un usuario común.}

Por razones de seguridad, la contraseña para los niveles "instalador" y "manager'' son enviados en un sobre aparte y solamente pueden ser manipulados por personal calificado y autorizado por Honeywe/1.

Cuando se finaliza la configuración y se desea cambiar el nivel de acceso, primero se debe salir del acceso actual y volver a ingresar con la contraseña de nivel de acceso de operación general. Cada nivel de acceso tiene diferentes opciones de configuración: - 1° _{Nivel Instalador: permite acceder a todos los parámetros del sistema de arranque,}

configuración y puesta en marcha.

- 2° _{Nivel Manager: permite acceder al monitoreo y realizar cambios de control de puntos}

de referencia que no estén relacionados a seguridad, selección de combustible y reconocimientos de alarmas.

- 3º _{Nivel Usuario: permite acceder al monitoreo, selección de combustible y} reconocimiento de alarmas.

b. Establecimiento de parámetros

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1 •'"t1't1,,1 .. N l oH•,111\ .. lltt\.

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SETPOINTS

1 ,,, , 1 ,ro, 1 1ru .',•, ,

11. ,, . ... , •••••

250/o

10 s

233.0 PSI

250.0 PSI

30 PSI '

?9/

..

Figura 3.17 Establecimiento de parámetros (Fuente: Elaboración propia)

- PV Units: Define las unidades de la variable de proceso, para el caso de estudio la presión de vapor a la salida de la caldera deben visualizarse en PSI.

- MV Units: Define las unidades de la variable monitoreada, para el caso de estudio se selecciona PSI.

- Temp Units: Define las unidades de temperatura de la chimenea.

- Platform: Configura la zona de tiempo, hora actual y el número IP (para futura comunicación externa)

- Firing Rate Loop Setpoint: Punto de ajuste utilizado para controlar la tasa del quemador de a través de la variable de proceso.

- Process Variable Max Value and Offset: Este es el punto de ajuste máximo actual de la variable del proceso, medido por el transmisor de presión, utilizado para la caldera. Este valor abre el circuito límite y para la caldera. La caldera podrá ser restablecida una vez que el valor de la variable de proceso caiga por debajo del máximo valor de la Variable de proceso menos el diferencial (Offset).

- Low Fire Hold Setpoint: Tras el arranque, el quemador permanece en fuego bajo hasta que la variable de proceso excede este valor nominal

- Low Fire Hold Firing Rate: La tasa de quemado en el cual el programador permanece durante el periodo "Low Fire Hold ".

quemador RM7840L.

c. Habilitación y ajuste variador de velocidad, selección combustible

En esta área el variador de velocidad (VFD) puede ser habilitado y sus ajustes mínimos y máximos son elegidos. La selección del combustible y el tipo del tren de combustible también se seleccionan en ésta área. Los cambios o selección del combustible y del tren de combustible solo pueden ser hechos en el "modo espera".

- Minimun VFD Speed: Mínimo ajuste de velocidad ordenada permitida para el VFD durante la curva de construcción (depende de la aplicación). Cuando el ajuste superior del VFD sea definido, la frecuencia mínima debe establecerse en 60 Hz para que la variable De/phi controle la velocidad mínima.

- Maximun VFD Speed: Máximo ajuste de velocidad ordenada permitida para el VFD durante la curva de construcción (depende de la aplicación). Cuando el ajuste superior del VFD sea definido, la frecuencia máxima debe establecerse en 60 Hz para que la variable De/phi controle la velocidad máxima.

- Change Fuel: Cambia la selección del combustible.

- Fuel Train Type: Indica la selección del tipo de tren de combustible elegido.

- Edit Gas Train: Permite al usuario la elección del simple o dual tren de válvulas.

d. Ajuste valor máximo de temperatura de gases de combustión en chimenea y del actuador del aire

En esta área, se habilita o deshabilita el ajuste del valor máximo de temperatura de chimenea y también algunas configuraciones del canal 3 (actuador de aire) son seleccionadas.

- Stack Temp Max Value: Este es el valor de ajuste al cual el controlador ABC900 apaga el quemador si se excede. Este valor abre el circuito límite y para el quemador. El quemador podrá ser restablecido una vez que el valor de la temperatura de chimenea variable caiga por debajo del Máximo Valor de Temperatura de Chimenea (Stack Temp Max Value)

- Channel 3 Control Edit: Permite seleccionar el canal 3 como actuador de aire (Air actuator).

- Channel 3 Actuator Minimun Position: Mínima posición de comando permitida para el actuador del canal 3 durante la construcción de la curva. Presionar las flechas arriba/abajo para ajustar entre 0% y 100%.

- Auto-Tunning: Permite al instalador habilitar o deshabilitar la función de auto sintonía. Este modo permite al controlador ABC900 aprender los mejores parámetros de control del lazo PID. Solo se debería utilizar este modo si los valores por defecto no son aceptables.

- lnitiative New Auto-Tune Sequence Start: Inicia una nueva secuencia de auto sintonía. El algoritmo podría apagarse automáticamente después de 2 horas.

f. Ajuste de control PID.

Ajuste de control PID. Los parámetros proporcional (P), integral (1) y derivativo (O) son utilizados por el controlador ABC900 para calcular un valor "error'', la diferencia entre el valor de la variable del proceso y el punto de ajuste deseado. El controlador ABC900 intenta minimizar el error ajustando los actuadoresNFD/sensor de 02 habilitados.

La suma ponderada de los tres parámetros es usada para ajustar la variable del proceso. Realizar una sintonía fina o cambiar los valores del PID solo si es necesario. Nota: El controlador ABC900 trae por defecto los siguientes valores de PID, ajustar o modificar solo si es necesario:

- P: 15

- 1: 1.46 repeticiones/minuto

- D: O minutos

g. Configuración de actuador de combustible y de aire.

En esta área se completa la configuración de cada actuador habilitado. Para el caso de estudio se cuenta con dos actuadores. Aquí se le asigna a cada actuador los puntos mínimos y máximos de modulación y de retroalimentación (4-20 mA).

h. Configuración de curva de combustión (paso final)

El sistema De/phi cuenta con una curva por defecto la cual debe ser reseteada para iniciarse la curva del proceso.

En la curva de combustión se deben configurar diez puntos, en el cual se van a relacionar el porcentaje de apertura de la válvula de combustible (Canal 4) y el porcentaje de apertura del damper de aire (Canal 3), desde O % hasta el 100%.