FUNDAMENTOS DEL CONTROL DE PROCESOS EN C.T. CONVENCIONALES Y DE CICLO COMBINADO

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1 FUNDAMENTOS DEL CONTROL DE PROCESOS EN C.T. CONVENCIONALES Y DE CICLO COMBINADO E.T.S.I.I. Madrid, 2002 Dep. de Instrumentación y Control Gerencia Energía INITEC TECNOLOGÍA ÕNDICE DE LA PRESENTACI N L INTRODUCCI N A LA TERMODIN MICA L PRINCIPIOS B SICOS DE CENTRALES T RMICAS L INTRODUCCI N AL CONTROL DE PROCESOS L LAZOS DE CONTROL EN UNA C. T RMICA L APLICACI N. C. T RMICA YAHEKOU (CHINA) ÕNDICE DE LA PRESENTACI N ESTADOS FÕSICOS DE UN FLUIDO L INTRODUCCI N A LA TERMODIN MICA L PRINCIPIOS B SICOS DE CENTRALES T RMICAS L INTRODUCCI N AL CONTROL DE PROCESOS L LAZOS DE CONTROL EN UNA C. T RMICA L APLICACI N. C. T RMICA YAHEKOU (CHINA) PRIMERA LEY TERMODIN MICA U = U 2 U 1 = Σ Q Σ W TRABAJO Y CALOR CEDIDO A UN SISTEMA TERMODIN MICO CICLO TERMODIN MICO U 2 = U 1 Q in W in Q out W out = 0 W= 1 2 PdV = Area marcada diagrama P V Q= 1 2 T ds= Area marcada diagrama T s 1

2 DIAGRAMAS TERMODIN MICOS Ts Y PV DEL CICLO DE CARNOT SEGUNDA LEY TERMODIN MICA η M quina TÈrmica < η Carnot = η M ximo Q 1 = T 1 s Q 2 = T 2 s Q 1 Q 2 W = 0 η = W/Q 1 = 1 T 2 /T 1 Calor suministrado al ciclo Calor cedido por el ciclo 1 ley termodin mica Ciclo m s eficiente W M quina TÈrmica < W m ximo = Q η Carnot RENDIMIENTO ISOENTR PICO DIAGRAMA TERMODIN MICO Ts DEL CICLO RANKINE h h η = 1 2 Turbina h h 1 2 s h h η = 3 s 3 Compresor h h 4 3 ïmenor rendimiento ciclo Carnot ïciclo con menos dificultades pr cticas ïciclo m s econûmico DIAGRAMAS TERMODIN MICOS Ts Y PV DEL CICLO BRAYTON CICLO ABIERTO CON TURBINA DE GAS W Turbina = m ( h 3 h 4 ) W compresor = m ( h 2 h 1 ) η = 1 (T 4 / T 3 ) W W Trabajoneto salida Turbina Compresor η = = = Ciclo Calor suministrado mh ( h) 3 2 mh ( h) mh ( h) h h = = mh ( h) h h

3 ÕNDICE DE LA PRESENTACI N ESQUEMA C.T. CONVENCIONAL L INTRODUCCI N A LA TERMODIN MICA L PRINCIPIOS B SICOS DE CENTRALES T RMICAS L INTRODUCCI N AL CONTROL DE PROCESOS L LAZOS DE CONTROL EN UNA C. T RMICA L APLICACI N. C. T RMICA YAHEKOU (CHINA) CALDERA DE CARB N DIAGRAMA TERMODIN MICO TS DEL CICLO (CICLO RANKINE) DIAGRAMA TERMODIN MICO TS DEL CICLO CON RECALENTAMIENTO DIAGRAMAS TERMODIN MICOS TS Y PV DEL CICLO CON TURBINA DE GAS 3

4 ESQUEMA C.T. CICLO COMBINADO ÕNDICE DE LA PRESENTACI N L INTRODUCCI N A LA TERMODIN MICA L PRINCIPIOS B SICOS DE CENTRALES T RMICAS L INTRODUCCI N AL CONTROL DE PROCESOS L LAZOS DE CONTROL EN UNA C. T RMICA L APLICACI N. C. T RMICA YAHEKOU (CHINA) η cc =η B η R η B * η R TIPOS DE LAZOS DE CONTROL EJEMPLO LAZO DE CONTROL ABIERTO L CONTROL EN LAZO CERRADO FEEDBACK (P,I,D) CALIENTE CAUDAL FC L CONTROL EN CASCADA L CONTROL EN ADELANTO, FEEDFORWARD TE TI FRIA L CONTROL EN RANGO PARTIDO L CONTROL SELECTIVO INTERCAMBIADOR DE CALOR LAZO DE CONTROL CERRADO. DEFINICIONES EJEMPLO LAZO DE CONTROL CERRADO PUNTO DE CONSIGNA ERROR CONTROLADOR CALIENTE TEMPERATURA TE TI FRIA MEDIDA Y TRANSMISION ELEMENTO FINAL DE CONTROL VARIABLE CONTROLADA PROCESO VARIABLE MANIPULADA INTERCAMBIADOR DE CALOR PERTURBACIONES 4

5 EJEMPLO LAZO FEEDBACK EJEMPLO DE CONTROL EN CASCADA TEMPERATURA CALIENTE CAUDAL FC TE TI FRIA INTERCAMBIADOR DE CALOR EJEMPLO LAZO EN CASCADA EJEMPLO DE CONTROL EN ADELANTO CALIENTE CAUDAL FC TI TE FRIA INTERCAMBIADOR DE CALOR EJEMPLO LAZO FEEDBACKFEEDFORWARD EJEMPLO LAZO DE CONTROL EN RANGO PARTIDO (I) CALIENTE TEMPERATURA TE FRIA F(x) 0%40% 4î F(x) 2î INTERCAMBIADOR DE CALOR 40%100% 4î 5

6 EJEMPLO LAZO DE CONTROL EN RANGO PARTIDO (II) CALIENTE 100 TEMPERATURA EJEMPLO DE CONTROL SELECTIVO TEMPERATURA CAUDAL < FC CALIENTE TE F(x) 0%40% TE FRIA 4î 2î F(x) %100% 4î INTERCAMBIADOR DE CALOR ÕNDICE DE LA PRESENTACI N L INTRODUCCI N A LA TERMODIN MICA L PRINCIPIOS B SICOS DE CENTRALES T RMICAS L INTRODUCCI N AL CONTROL DE PROCESOS L LAZOS DE CONTROL EN UNA C. T RMICA L APLICACI N. C. T RMICA YAHEKOU (CHINA) L NIVEL DEL CALDERIN L NIVEL DEL R L NIVEL DEL DESGASIFICADOR L PRESI N DEL HOGAR L CARGA DE CALDERA L TEMP.EXTREMO FRIO CALENTADOR GAS L TEMPERATURA RECALENTADO CONTROL DE (I) OBJETIVO: MANTENER NIVEL DE EN CALDERÕN A TURBINA CALDERÕN CONTROL DE (I) CONTROL A 1 ELEMENTO L NO TIENE EN CUENTA LA VARIACI N DE CARGA VARIACI N CAUDAL CONTROLADOR DE NIVEL DEL CALDERÕN LC NIVEL CALDERÕN LT A TURBINA CALDERÕN MEDIDA DE NIVEL DEL CALDERÕN BOMBA DE BOMBA DE V LVULA DE CONTROL DE V LVULA DE CONTROL DE 6

7 CONTROL DE (I) CONTROL A 2 ELEMENTOS L NO TIENE EN CUENTA LA VARIACIONES DE PRESION EN LA BOMBA DE DE ALIMENTACION BOMBA DE NIVEL CALDERÕN LC Σ BLOQUE SUMADOR MEDIDA DE CAUDAL DE LT MEDIDA DE NIVEL DEL CALDERÕN A TURBINA CALDERÕN CONTROL DE (I) CONTROL A 3 ELEMENTOS MEDIDA DE CAUDAL DE DE NIVEL CALDERÕN LC FC MEDIDA DE CAUDAL DE Σ LT MEDIDA DE NIVEL DEL CALDERÕN A TURBINA CALDERÕN V LVULA DE CONTROL DE BOMBA DE V LVULA DE CONTROL DE EJEMPLO LAZO 3 ELEMENTOS FEEDBACK FEEDFORWARD CASDADA IMPLANTACI N REAL CONTROL DE 50% 90% MEDIDA DE CAUDAL DE DE Σ LC LC FC MEDIDA DE CAUDAL DE LT MEDIDA DE NIVEL DEL CALDERÕN SELECTOR NIVEL CARGA > 30% A TURBINA CALDERÕN BOMBA DE V LVULA DE CONTROL DE CONTROL DE NIVEL DEL R OBJETIVO: MANTENER EL NIVEL DE EN EL R A CALDERA DESGASIFICADOR CALENTADORES B.P. DE TURBINA B.P A 100 IMPLANTACI N REAL DEL CONTROL DE NIVEL DEL PUNTO R CONSIGNA NIVEL R LC A A BOMBA DE DE B 100 B B LT R TANQUE DE BOMBA DE MAKEUP R BOMBA DE R BOMBA DE R R 7

8 CONTROL DE NIVEL DEL DESGASIFICADOR OBJETIVO: MANTENER EL NIVEL DE EN EL DESGASIFICADOR IMPLANTACI N REAL CONTROL DE NIVEL DEL DESGASIFICADOR A CALDERA DESGASIFICADOR CALENTADORES B.P. DE TURBINA B.P. Σ LC LT LC NIVEL DESGASIFICADOR BOMBA DE DE NIVEL CARGA > 30% R TANQUE DE BOMBA DE MAKEUP BOMBA DE CONTROL DE PRESI N DEL HOGAR OBJETIVO: MANTENER PRESI N DEL HOGAR EN CALDERA CHIMENEA CALDERA HOGAR IMPLANTACI N REAL CONTROL DE PRESI N HOGAR Σ PT PT PT Σ/3 PC GASES VENTILADOR TIRO INDUCIDO COMPUERTAS DE GASES CALENTADOR DE VENTILADOR TIRO FORZADO COMPUERTAS DE GASES MEDIDAS DE PRESI N EN HOGAR PRESI N HOGAR ZT MEDIDAS DE POSICI N COMPUERTA CONTROL DE CARGA DE CALDERA OBJETIVO: REGULAR EL NIVEL PT PD DE CARGA DE CALDERA CALDERA P1 HOGAR CALDERIN DEMANDA A CALDERA (P1/PT)*PS HEAT RELEASE P1d/dtPD VENTILADOR TIRO FORZADO COMBUSTIBLE COMPUERTAS DE FIRING RATE DEMAND ñ HEAT RELEASE OBJETIVO: CONTROLAR LA CARGA DE CALDERA RUNBACK RATIO COMBUSTIBLE / P1 PS F/A x PT < DEMANDA DE COMBUSTIBLE CONTROLADOR CAUDAL DE COMBUSTIBLE DEMANDA DE CALDERA ìfiring RATE DEMANDî d/dt Σ PD P1 x Α > DEMANDA DE DE COMBUSTION MEDIDA DE DE COMBUSTION PI ìheat RELEASEî GENERACION DE CALDERA PI CONTROLADOR CAUDAL DE DE COMBUSTION 8

9 IMPLANTACION REAL DEL CONTROL DE CARGA DE CALDERA AC HOGAR FIRING RATE HEAT RELEASE DEMAND FC CONTROL DE TEMPERATURA EXTREMA FRIO CALENTADOR GASES OBJETIVO: EVITAR CONDENSACIONES DEL GAS A LA SALIDA DEL CALENTADOR DE MINIMIZANDO LAS POSIBLES CORROSIONES. CHIMENEA CALDERA HOGAR AT MEDIDA DE O 2 CAUDAL DE CALENTADOR DE GASES COMBUSTIBLE EXCESO DE x FC FIRING RATE DEMAND MEDIDA CAUDAL DE GASES PRECALENTADOR DE POR COMBUSTIBLE CALENTADOR DE VENTILADOR TIRO INDUCIDO COMPUERTAS DE GASES VENTILADOR TIRO FORZADO COMPUERTAS DE VENTILADOR TIRO INDUCIDO COMPUERTAS DE VENTILADOR TIRO GASES FORZADO COMPUERTAS DE IMPLANTACI N REAL DEL CONTROL DE TEMPERATURA DEL EXTREMO FRIO DEL CALENTADOR GASES Σ/2 CAUDAL DE CALENTADOR DE PRESI N MÕNIMA PC > TE TE CONTROL DE TEMPERATURA DEL RECALENTADO OBJETIVO: REGULAR LA TEMPERATURA DEL RECALENTADO A TURBINA A.P. DE BOMBAS DE SOBRECALENTADO DE RECALENTADO CALIENTE A TURBINA M.P. RECALENTADO FRIO DE TURBINA A.P. COMBUSTIBLE TE PT GASES PRECALENTADOR DE POR Tsat Σ 10 C GASES VENTILADOR TIRO INDUCIDO COMPUERTAS DE GASES CALENTADOR DE VENTILADOR TIRO FORZADO IMPLANTACI N REAL DEL CONTROL DE TEMPERATURA DEL Σ SOBRECALENTADO DE RECALENTADO Σ > PRESION CALDERIN TEMPERATURA Σ PT DE CONSIGNA TE 20 LC RECALENTADO CALIENTE RECALENTADO FRIO ÕNDICE DE LA PRESENTACI N L INTRODUCCI N A LA TERMODIN MICA L PRINCIPIOS B SICOS DE CENTRALES T RMICAS L INTRODUCCI N AL CONTROL DE PROCESOS L LAZOS DE CONTROL EN UNA C. T RMICA L APLICACI N. C. T RMICA YAHEKOU (CHINA) TE COMBUSTIBLE 9

10 PANTALLA PRINCIPAL ESTACI N DE OPERACI N CENTRAL T RMICA DE UNELCO PANTALLA DE OPERACI N CENTRAL T RMICA DE UNELCO PANTALLA DE OPERACI N CENTRAL T RMICA DE UNELCO PANTALLA DE OPERACI N CENTRAL T RMICA DE UNELCO PANTALLA DE OPERACI N CENTRAL T RMICA DE UNELCO PANTALLA DE OPERACI N 10

11 UBICACI N DE LA PLANTA 11

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