Optimización energética en hornos de fusión de hierro INDUCTOTHERM - URBINA

Transcripción

1 Optimización energética en hornos de fusión de hierro INDUCTOTHERM - URBINA 30 de Mayo de 2012

2 1. Objetivo 2. Modo de trabajo actual 3. Optimización propuesta 4. Otras posibilidades

3 1 Objetivo Objeto del estudio: Hornos eléctricos de fusión por inducción de marca INDUCTOTHERM Potencia: kw Funcionamiento en tándem, mientras uno está colando el otro está fundiendo Fusión de hierro a alta temperatura, 1500 C Sistema de control propietario

4 C SEMANA DE LA ECOEFICIENCIA DE EUSKADI Objetivo El objetivo del proyecto consiste en la mejora energética en los hornos de fusión de hierro por inducción mediante la captación y el análisis de datos para aplicación en tiempo real de las recomendaciones que minimicen su consumo eléctrico, respetando el tiempo de fusión por tonelada :00 0:10 0:20 0:30 0:40 0:50 1:00 1:10 1:20 hh:mm Curva de temperatura en una fusión

5 2 Modo de trabajo actual Actualmente, la Potencia contratada por URBINA es de 9.000kW y el consumo máximo cuarto-horario de 8.000kW Dadas estas condiciones, se respeta siempre la demanda de energía de todas las máquinas de la planta y es únicamente en los hornos de inducción donde se limita el suministro en caso de ser necesario. Por otra parte, el sistema de control de los hornos realiza un reparto automático de los 8.500kW disponibles entre los dos hornos con el objetivo de mantener la temperatura del horno que está colando.

6 kw SEMANA DE LA ECOEFICIENCIA DE EUSKADI Modo de trabajo actual En un modelo de contratación eléctrica con tarifa cuarto-horaria, el superar el consumo contratado supone una penalización importante en la tarifa eléctrica. Para evitarlo, se dispone de un limitadores de puntas que actúa en escalón a medida que avanza el tiempo del cuarto de hora. Se observa en esos casos que en los primeros minutos se aplican potencias cercanas al máximo nominal del horno mientras que en los finales las potencias caen a valores muy bajos :00:00 0:05:00 0:10:00 0:15:00 0:20:00 0:25:00 0:30:00 0:35:00 0:40:00 0:45:00 0:50:00 0:55:00 1:00:00 1:05:00 Pot aplicada Curva Potencia aplicada en una fusión tipo

7 kg SEMANA DE LA ECOEFICIENCIA DE EUSKADI Modo de trabajo actual Los modos de funcionamiento en los que se pueden encontrar los hornos son los siguientes: Modo 0: Horno apagado Modo 1: Horno en automático Modo 4: Horno en manual Las curvas de carga de los hornos trabajando en tándem son del siguiente estilo: Carga Horno 1 Carga Curvas de carga de los dos hornos

8 kw C SEMANA DE LA ECOEFICIENCIA DE EUSKADI Modo de trabajo actual A lo largo de un ciclo de fusión se pueden observar dos fases diferenciadas, Una primera fase en la que al haber poca carga en el horno no existe suficiente núcleo para que físicamente se pueda aplicar toda la potencia disponible Una segunda fase en la que al haberse fundido bastante material, la carga en el horno es suficiente para aplicar toda la potencia disponible Carga Q(t) Pot (t) Temp (t) :00 0:05 0:10 0:15 0:20 0:25 0:30 0:35 0:40 0:45 0:50 0:55 1:00 1:05 Carga, Potencia y Temperatura a lo largo de una fusión

9 2 Modo de trabajo actual Potencia vs Voltaje

10 2 Modo de trabajo actual Carga vs Frecuencia

11 2 Modo de trabajo actual Carga vs Temperatura

12 2 Modo de trabajo actual Carga vs Eficiencia

13 2 Modo de trabajo actual Se puede comprobar de los datos proporcionados por el horno que la EFICIENCIA viene definida como: Eff % = 100 x (1 Pérdidas Eléctricas Energía aplicada ) Se establece por tanto la EFICIENCIA como un indicador a maximizar a la hora de llevar a cabo algún tipo de optimización del proceso

14 3 Optimización propuesta Objetivo: evitar altibajos en las curvas de potencia Estrategia: potencia menor aplicada de forma más estable. Conseguir el mismo calentamiento del metal en el mismo tiempo de una forma más eficiente. Para ello, se generan Modelos del Proceso que tienen en cuenta en cada instante para el que se debe aplicar una recomendación: La Temperatura en el horno La Carga en el horno El Incremento de Carga en los últimos 2 minutos El Incremento de Temperatura a conseguir en los siguientes 2 minutos dicho ΔT es el que se consigue actualmente en cada situación de planta, de forma que se siga un ritmo de calentamiento similar al actual pero con potencias más estables.

15 3 Optimización propuesta Los modelos así generados proporcionan las curvas de Eficiencia del horno para diferentes valores de potencia en función del resto de variables del proceso, Carga, Temperatura, Incremento de Carga

16 3 Optimización propuesta Curvas de Eficiencia vs Carga. A medida que la carga del horno aumenta se observa que la eficiencia disminuye

17 3 Optimización propuesta Se generan asimismo predicciones de Temp en 2 minutos para cada situación de Carga, Temperatura y Potencia media a aplicar

18 kw SEMANA DE LA ECOEFICIENCIA DE EUSKADI Optimización propuesta Y proporcionan la recomendación de la Potencia a aplicar para conseguir dicho incremento de temperatura de forma más eficiente Pot aplicada Rec Limit. Potencia :00:00 0:05:00 0:10:00 0:15:00 0:20:00 0:25:00 0:30:00 0:35:00 0:40:00 0:45:00 0:50:00 0:55:00 1:00:00 1:05:00

19 3 Optimización propuesta Conectividad al sistema Sistema de control del horno mediante placa integrada de INDUCTOTHERM, sin acceso de datos a través de PLC Conexión mediante red Ethernet a equipo de control del horno y acceso en Tiempo Real a la B.D. de Access del horno (Meltminder.mdb) Aplicación de las recomendaciones de Potencia a través de la entrada analógica del limitador de puntas. Para ello se combinará la recomendación con la información del PLC de limitación actual

20 kw SEMANA DE LA ECOEFICIENCIA DE EUSKADI Optimización propuesta Pruebas ON-LINE Para llevar a cabo unas pruebas on-line del modelo de proceso propuesto para la optimización se estableció la conexión en tiempo real con la B.D. del equipo de control del horno y se realizaron lecturas de datos cada 30 segundos. La forma de aplicación de la limitación de Potencia propuesta por el modelo se realizó en esta fase mediante el potenciómetro de control proporcionado por la aplicación de Inductotherm Potencia vs Salida potenciómetro

21 0:00 0:05 0:10 0:15 0:20 0:25 0:30 0:35 0:40 0:45 0:50 0:55 1:00 1:05 1:10 1:15 1:20 1:25 1:30 1:35 1:40 kw C SEMANA DE LA ECOEFICIENCIA DE EUSKADI Optimización propuesta Resultados de las pruebas Las curvas obtenidas en el Horno 1 son las siguientes: Carga H1 Potencia H1 Temperatura H Consignas de temp. alcanzadas Potencia limitada a 0kW por el operario Carga, Potencia y Temperatura

22 0:00 0:05 0:10 0:15 0:20 0:25 0:30 0:35 0:40 0:45 0:50 0:55 1:00 1:05 1:10 1:15 1:20 1:25 1:30 1:35 1:40 SEMANA DE LA ECOEFICIENCIA DE EUSKADI Optimización propuesta Resultados de las pruebas 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 Potencia limitada a 0kW por el operario Curva de Eficiencia del Horno1 Eficiencia media durante el periodo de recomendaciones = 83%

23 4 Otras posibilidades OPTIMIZACIÓN por predicción de tiempo de paso de modo espera a modo calentamiento La idea sería determinar en qué momento (instante de tiempo) se debe pasar al modo 1 de forma que se minimice el tiempo de mantenimiento del material a C sin retrasar el comienzo de la colada en los moldes Para ello, se obtendría de datos del ERP la hora a la que tiene que estar preparado el horno 2 a C considerando: - Carga actual y Carga final del horno 1 - Peso de la pieza/as a colar en horno 1 (referencias plan producción) - Tiempo de colada de la pieza/as en horno 1 (referencias plan producción) - Nº piezas a colar en horno 1 - Combinado con la generación de un modelo para el horno 2 capaz de predecir el tiempo de colada a partir de unas determinadas condiciones iniciales y finales a conseguir como, Carga inic, Carga fin, Temp. inic, Temp. fin, Potencia disponible

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