PDF superior Diseño de un sistema de control avanzado para regular la velocidad de una turbina de vapor acoplada a un generador DC

Diseño de un sistema de control avanzado para regular la velocidad de una turbina de vapor acoplada a un generador DC

Diseño de un sistema de control avanzado para regular la velocidad de una turbina de vapor acoplada a un generador DC

diseño de dos estrategias de control, LQG (Linear Qua- dratic Gaussian Control) y DMPC (Discrete Time Model Predictive Control), para regular la velocidad de una tur- bina de vapor acoplada a un generador DC de excitación independiente. La dinámica del sistema es representa- da por un modelo lineal en el cual los parámetros del modelo se calculan a partir de un algoritmo de optimi- zación. Las estrategias de control se implementan en el sistema de control distribuido (DCS), Delta V. El objetivo es mantener constante la velocidad ante variaciones de la presión en la tubería de vapor y modificación de la resistencia del bobinado de campo del generador DC.
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Control predictivo de velocidad para turbina eólica

Control predictivo de velocidad para turbina eólica

(MPC). El objetivo del mismo es regular la velocidad de rotación de una turbina por accionamiento del ángulo de ataque de palas. Fundamentalmente, se incorporan en la etapa de diseño las restricciones del sistema a controlar, en particular las de la velocidad de actuación y el máximo ángulo que pueden ser giradas las palas. Finalmente, se presentan resultados de simulación que permiten observar el buen comportamiento del control propuesto a la vez que se indican posibles trabajos de investigación futuros.

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DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL PREDICTIVO EN UN GENERADOR EOLICO DE ACOPLE DIRECTO A LA TURBINA

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL PREDICTIVO EN UN GENERADOR EOLICO DE ACOPLE DIRECTO A LA TURBINA

Siguiendo la línea del mejoramiento de la eficiencia de los sistemas eólicos, el presente trabajo propone un sistema de control predictivo en la etapa de conversión de potencia con el fin de regular la potencia eléctrica que provee la turbina hacia la interface eléctrica. Esta potencia eléctrica a su vez está sincronizada según los requerimientos de corriente hacia el suministro eléctrico, el cual es modelado como una carga de tipo resistiva – inductiva. Para mejorar la eficiencia en la captación de energía se elige una turbina de velocidad de operación variable, pues ésta capta mayor energía del viento que una turbina de velocidad de operación fija, reduce las fluctuaciones de potencia y regula el suministro de potencia reactiva (Kim et al., 2007). Dentro de las turbinas de velocidad de operación variable, se considera el acople turbina-generador directo, ya que hay una mejor transmisión de potencia que evita la pérdida de energía en los engranajes de la caja multiplicadora, además de suprimir el uso de lubricantes, lo que supone una ventaja en cuanto a la disminución del ruido emitido, como así también la operación, mantención y vida útil de la turbina (Salinas et al., 2007).
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DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL PREDICTIVO EN UN GENERADOR EOLICO DE ACOPLE DIRECTO A LA TURBINA

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL PREDICTIVO EN UN GENERADOR EOLICO DE ACOPLE DIRECTO A LA TURBINA

Siguiendo la línea del mejoramiento de la eficiencia de los sistemas eólicos, el presente trabajo propone un sistema de control predictivo en la etapa de conversión de potencia con el fin de regular la potencia eléctrica que provee la turbina hacia la interface eléctrica. Esta potencia eléctrica a su vez está sincronizada según los requerimientos de corriente hacia el suministro eléctrico, el cual es modelado como una carga de tipo resistiva – inductiva. Para mejorar la eficiencia en la captación de energía se elige una turbina de velocidad de operación variable, pues ésta capta mayor energía del viento que una turbina de velocidad de operación fija, reduce las fluctuaciones de potencia y regula el suministro de potencia reactiva (Kim et al., 2007). Dentro de las turbinas de velocidad de operación variable, se considera el acople turbina-generador directo, ya que hay una mejor transmisión de potencia que evita la pérdida de energía en los engranajes de la caja multiplicadora, además de suprimir el uso de lubricantes, lo que supone una ventaja en cuanto a la disminución del ruido emitido, como así también la operación, mantención y vida útil de la turbina (Salinas et al., 2007).
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Diseño electromagnético de un generador eléctrico para turbina eólica de 100kW

Diseño electromagnético de un generador eléctrico para turbina eólica de 100kW

Con la invención de la máquina de vapor durante la Revolución Industrial, los molinos tal y como se conocían por aquel entonces dejaron de ser utilizados. El siguiente paso en la historia de la energía eólica se produjo con la llegada de la electricidad; a finales del siglo XIX los primeros aerogeneradores se basaron en la forma y el funcionamiento de los antiguos molinos de viento. En 1802 Lord Kelvin tuvo la idea de acoplar un generador eléctrico a una máquina que aprovechara el viento. Fue el antecedente del aerogenerador, que no se pudo crear hasta que se inventó la dinamo. Charles F. Brush en el verano de 1887-88 construyó una máquina considerada actualmente como el primer aerogenerador de electricidad. Las dimensiones eran para aquella época enormes: diámetro de rotor de 17m y 144 hojas de rotor de madera de cedro. Estuvo en funcionamiento durante 20 años, durante los cuales alimento una batería colocada en su sótano. A pesar de las dimensiones del rotor, la potencia del aerogenerador era solamente de 12kW.
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Turbina de Vapor - Trabajo

Turbina de Vapor - Trabajo

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Diseño electromagnético de un generador eléctrico para turbina eólica de 100kW

Diseño electromagnético de un generador eléctrico para turbina eólica de 100kW

Con la invención de la máquina de vapor durante la Revolución Industrial, los molinos tal y como se conocían por aquel entonces dejaron de ser utilizados. El siguiente paso en la historia de la energía eólica se produjo con la llegada de la electricidad; a finales del siglo XIX los primeros aerogeneradores se basaron en la forma y el funcionamiento de los antiguos molinos de viento. En 1802 Lord Kelvin tuvo la idea de acoplar un generador eléctrico a una máquina que aprovechara el viento. Fue el antecedente del aerogenerador, que no se pudo crear hasta que se inventó la dinamo. Charles F. Brush en el verano de 1887-88 construyó una máquina considerada actualmente como el primer aerogenerador de electricidad. Las dimensiones eran para aquella época enormes: diámetro de rotor de 17m y 144 hojas de rotor de madera de cedro. Estuvo en funcionamiento durante 20 años, durante los cuales alimento una batería colocada en su sótano. A pesar de las dimensiones del rotor, la potencia del aerogenerador era solamente de 12kW.
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Diseño de un sistema de regulación de velocidad de una turbina peltón usando el algoritmo PI digital

Diseño de un sistema de regulación de velocidad de una turbina peltón usando el algoritmo PI digital

Calculo del error E = SP – MV Calculo de la salida Vo = Kp x E Salida al D/A Vamos a considerar un simple problema de control donde la temperatura por ejemplo de un horno necesita ser controlado. Una configuracion como la figura de arriba puede ser usado para el control de la temperatura con un subsistema A/D y un transductor.Un amplificador de potencia que controla una resistencia calorifica que esta colocado dentro del horno. Un sensor de temperatura monitorea la temperatura. Para simplificar si asumimos que a la salida del sensor de temperatura esta es amplificada a travez de un amplificador operacional en donde este tiene una salida lineal. La temperatura deseada (SP) se pone mediante un potenciometro.
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Análisis térmico del conjunto generador de vapor- turbina de la empresa Ernesto Ché Guevara

Análisis térmico del conjunto generador de vapor- turbina de la empresa Ernesto Ché Guevara

turbina se convierte en energía cinética sólo en pequeñas partes de la diferencia total entre la presión inicial del vapor y la del vapor de escape. De esta manera resultó posible trabajar con pequeñas velocidades del flujo de vapor en cada escalón y con velocidades periféricas de las paletas receptoras menores que las de la turbina de Laval. Además la expansión del vapor en los escalones de la turbina de Parsons se opera tanto en la corona de paletas fijas como en la de paleta rotatoria, razón por la cual a estas últimas se transmiten esfuerzos que se deben sólo al cambio de la dirección del flujo de vapor, sino que también a la aceleración del vapor dentro de los límites de la corona de paletas móviles que origina un esfuerzo de reacción.
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Desarrollo de un sistema de control avanzado de la presión del vapor en una caldera de tubos de fuego

Desarrollo de un sistema de control avanzado de la presión del vapor en una caldera de tubos de fuego

Para poder modelar matemáticamente este sistema complejo a partir de principios físicos fundamentales, sería necesario evaluar la dinámica del actuador, la cantidad de energía química que posee el combustible, y las relaciones termodinámicas y fisicoquímicas que se producen en el interior de la caldera hasta obtener un modelo aceptable que relacione la entrada (combustible) con la salida de interés (presión de vapor). También es necesario incluir las variaciones dinámicas introducidas en el tiempo, producto de fenómenos químicos y físicos que alteran constantes del sistema como son los coeficientes de transferencia de calor radiante y convectivo. Este procedimiento puede incluir muchas ecuaciones diferenciales altamente acopladas. Uno de los principales problemas que se tiene que afrontar es el gran número de parámetros experimentales que se deben hallar para cada proceso particular, muchos de los cuales exigen mediciones muy precisas e incluso inaccesibles (Rivas et al., 1994).
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Desarrollo de un Sistema de Control Avanzado de la Presión del Vapor en una Caldera de Tubos de Fuego

Desarrollo de un Sistema de Control Avanzado de la Presión del Vapor en una Caldera de Tubos de Fuego

El problema de la obtención de modelos matemáticos que describan de forma adecuada el proceso de variación de la presión del vapor en el cuerpo de una caldera de tubos de fuego no ha sido suficientemente investigado. Ello se debe a que para poder modelar matemáticamente este sistema complejo a partir de principios físicos fundamentales, sería necesario evaluar la dinámica del actuador, la cantidad de energía química que posee el combustible, y las relaciones termodinámicas y fisicoquímicas que se producen en el interior de la caldera hasta obtener un modelo aceptable que relacione la entrada (combustible) con la salida de interés (presión de vapor). También es necesario incluir las variaciones dinámicas introducidas en el tiempo, producto de fenómenos químicos y físicos que alteran constantes el sistema como son los coeficientes de transferencia de calor radiante y convectivo. Este procedimiento puede incluir muchas ecuaciones diferenciales altamente acopladas. Uno de los principales problemas que se tiene que afrontar es el gran número de parámetros experimentales que se deben hallar para cada proceso particular, muchos de los cuales exigen mediciones muy precisas e incluso inaccesibles. Este modelamiento es de tipo “interno” y permite un conocimiento profundo y al detalle de las interacciones entre las distintas variables del sistema.
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Generador de Vapor

Generador de Vapor

Generador de vapor 3.1 Generalidades de diseño de las calderas pirotubulares y acuotubulares. Con el paso del tiempo muchos desarrollos se han llevado a cabo y esto permite clasificar a las calderas de vapor de diferentes maneras. Cada fabricante ha seleccionado diferentes aspectos de las calderas, creando tipos de calderas que se han llegado a popularizar en la industria. Los dos tipos generales de calderas que son las pirotubulares y las acuotubulares. En las calderas pirotubulares los humos pasan dentro de los tubos, cediendo su calor al agua que los rodea; mientras que en las calderas acuotubulares el agua circula por dentro de los tubos, captando calor de los gases calientes que pasan por el exterior. Debido a su tamaño más compacto, las calderas acuotubulares suelen tener una carga térmica por superficie de calefacción superior, lo que les hace más sensibles a la calidad del agua, de ahí que la normativa vigente exija condiciones más restrictivas para el agua de alimentación de estos equipos.
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Control de velocidad para motor dc brushless sin sensores

Control de velocidad para motor dc brushless sin sensores

Usando este tipo de motores no se tiene un aprovechamiento total en cuanto a la transferencia de energía, perdiendo gran parte de ella en forma de calor y desgaste de las escobillas, sin contar con las pequeñas partículas de carboncillo liberadas con el tiempo y que caen en el interior del motor generando conducciones no deseadas que perjudican en gran medida su funcionamiento haciéndose indispensable un mantenimiento periódico del mismo. Como mecanismo de solución de muchos de los inconvenientes que se tenían con el motor descrito anteriormente, se comenzó la implementación de motores con una configuración distinta en la que ésta vez quien giraba en el rotor era el imán permanente en lugar de las propias bobinas, siendo éstos imanes mucho más ligeros gracias al material del cual están hechos aportando así una inercia más baja para finalmente contribuir a la mejora de su respuesta en el tiempo y en la eficiencia total del sistema.
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CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC MEDIANTE UN PROTOTIPO RÁPIDO DE CONTROL

CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC MEDIANTE UN PROTOTIPO RÁPIDO DE CONTROL

El prototipo hardware y software implementado esta dise˜nado para realizar el estudio y an´alisis de esta y otro tipo de cargas. Con el uso de la tarjeta de control y desarrollo DS1104 ha demostrado gran versatilidad en la implementaci´on de esta y otras t´ecnicas de control pues la interfaz gr´afica con simulink acelera los procesos de investigaci´on. Realizando una comparaci´on de esta misma t´ecnica de control implementada de forma anal´ogica y digital la ´ultima ha mostrado mejores resultados a la hora de controlar sistemas f´ısicos reales.

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Sistema de control para una turbina eólica

Sistema de control para una turbina eólica

La principal desventaja de aprovechar la energía cinética del viento para la producción de energía eléctrica, son las constantes fluctuaciones en la velocidad y dirección del viento, siendo esta es la causa principal por la cual el costo real sea hasta cierto punto incierto [2]. Dichas condiciones ambientales cambiantes traen como consecuencia, que los sistemas de control aplicados a los Sistemas de Conversión de Energía Eólica (Wind Energy Conversion Systems WECS) no sean una tarea fácil [5], ya que, además se debe considerar los cambios abruptos en la carga eléctrica, fuertes no linealidades, varias restricciones y gran interacción entre sus sistemas variables [6].
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DISENO DEL SISTEMA DE CONTROL PARA UN GENERADOR DE VAPOR MARCA BABCOCK&WILCOX CON INSTRUMENTOS Y COMPONENTES MODERNOS

DISENO DEL SISTEMA DE CONTROL PARA UN GENERADOR DE VAPOR MARCA BABCOCK&WILCOX CON INSTRUMENTOS Y COMPONENTES MODERNOS

Actualmente existen una gran cantidad de Generadores de Vapor en toda la industria, incluyendo desde luego la industria alimenticia, ya que podemos afirmar que dentro de una Planta Industrial, un generador de vapor es el "motor que permite que los procesos industriales se lleven a cabo. Sin embargo, en la actualidad, una buena cantidad de éstos, más comúnmente conocidos como "calderas", tienen sistemas de control basados en servomecanismos ó instrumentos obsoletos; lo cual, representa un alto riesgo para las personas, los activos fijos de fábrica y la posibilidad de no cumplir el plan de producción. En suma cualquier planta industrial puede llegar a pagar un altísimo costo por no contar con sistemas de control modernos, confiables y bien construidos en sus generadores de vapor. Los proyectos de automatización son el motor que impulsa y motiva a los directivos a invertir en tecnología que serán usadas en sus procesos de producción para que las empresas sean competitivas a nivel local, nacional, regional y mundial. Una de las preguntas claves en las industrias es ¿un proyecto de automatización logrará resolver el o los problemas para los cuales se diseñó o conseguirá incrementar las ganancias de la empresa?
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DIAGRAMA DE PROTECCIÓN DE LA UNIDAD GENERADORA DE CICLO COMBINADO TURBINA DE VAPOR CON INTERRUPTOR DE MÁQUINA (GENERADOR)

DIAGRAMA DE PROTECCIÓN DE LA UNIDAD GENERADORA DE CICLO COMBINADO TURBINA DE VAPOR CON INTERRUPTOR DE MÁQUINA (GENERADOR)

En el DPU de la figura 2, se muestran configuraciones mínimas de sistemas de protección. Si bien en general deben seguirse los lineamientos presentados en estos diagramas normalizados, cada proyecto debe preparar su propio diagrama de protección de la unidad, tomando en cuenta las diferencias en el diseño del equipo y las recomendaciones de los proveedores en cada caso así como de la Subdirección de Generación.

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Control de velocidad de un motor DC utilizando controladores PID

Control de velocidad de un motor DC utilizando controladores PID

En el Control Proporcional Integral (PI) se tomó como valor óptimo a Kp= 0.006 y un valor de Ti= 0.900 seg, y se visualiza que el error en estado estacionario es mínimo. Al ir reduciendo el valor (Ti) se observa que la variable controlada mejora durante el estado estable del proceso, así como también se reduce el tiempo de respuesta de la variable controlada. El sistema de control de velocidad de un motor DC es un sistema muy rápido, al ejecutar todas las pruebas se puede observar en la respuesta que el control proporcional integral mejora significativamente la acción de control debido a que el error es mínimo, el tiempo integral es reducido, mejora el régimen permanente, las oscilaciones persisten en menor cantidad y aumenta el pico de elevación o sobre impulso.
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