Handling precautions
PROPRANOLOL HYDROCHLORIDE Spectral measurement
S. NO Formulation Code
11. RESULTS AND DISCUSSION
La caldera puede ser instrumentada de varias formas dependiendo para lo que se va utilizar, y para el control que se utilizará, se instrumenta para controlar el nivel, para controlar la presión o para controlar la temperatura y para esto se manipulan la flama del quemador, el paso del gas hacia el quemador entre otras cosa, en este caso se tiene diferentes tipos de instrumentación y se tomará una en general para desarrollar un lazo de control con el PLC (Controlador Lógico Programable).
Las calderas tienen un amplio uso en diferentes áreas y una de estas en donde más se utilizan es la industria, debido a que muchos procesos emplean grandes cantidades de vapor para distintas partes del proceso. La caldera se caracteriza por una capacidad nominal de producción de vapor representada en t/h (toneladas por hora) o Kg. /h (kilogramos por hora) a una presión especificada y con una capacidad adicional de caudal en puntas de consumo de la fábrica.
Al tener una caldera se deben revisar varios datos los cuales dependerán de cada proceso, esto quiere decir que la caldera debe mantener una presión de trabajo constante para la gran diversidad de caudales de consumo en la fábrica, por lo cual debe ser capaz de:
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1.- Aportar energía calorífica suficiente en la combustión del fuel – oil o del gas con el aire.
2.- El nivel debe de estar controlado y mantenido dentro de unos límites.
3.- Se debe de tener una llama segura en la combustión.
4.- El sistema de control debe ser seguro en la puesta en marcha, en la operación y en el paro de la caldera.
5.- El funcionamiento de la caldera debe ser optimizado para lograr una rentabilidad y economía adecuadas, lo cual es posible con un control digital y /o distribuido que permite optimizar la combustión de tal manera que sea lo más seguro posible.
Para lograr todo esto la caldera la podremos dividir en diferentes secciones las cuales podremos hacer un control más eficiente, dividiremos la caldera de acuerdo a sus partes observando que parte modifica otra parte de la caldera es por eso que aremos control para cada una de las partes como lo es el control de la combustión, control de nivel, entre otros.
1.7.1.- Control de combustión
La regulación de la combustión se basa en mantener constante la presión de vapor en la caldera, tomándose sus variaciones como una medida de la diferencia entre el calor tomado de la caldera como vapor y el calor suministrado.
El controlador de la presión de vapor ajusta la válvula de control de combustible. La señal procedente del caudal de aire es modificada por un relé de relación para ajustar la relación entre el aire y el combustible, y pasa a un controlador que la compara con la señal de caudal de combustible. Si la proporción no es correcta, se emite una señal al servomotor de mando del ventilador o a la válvula de mariposa, de modo que el caudal de aire es ajustado hasta que la relación combustible – aire es correcta. [9]
En la regulación de la combustión puede darse preferencia en el mando al combustible o al aire para que la operación de la caldera corresponda a un sistema determinado de variadas características de seguridad. Estas características de combustión son las siguientes:
Caudal fuel – caudal aire en serie.
Caudal aire – caudal fuel en serie
Presión de vapor – caudal/fuel caudal vapor – caudal aire en serie
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Caudal fuel – caudal aire en serie
En el primer esquema de funcionamiento que puede verse en la figura 1.5 el controlador de presión ajusta el punto de consigna del controlador de caudal de fuel y esta variable actúa a través del relé de relación fuel – aire, como punto de consigna del controlador de aire. Como las variaciones del caudal del fuel influyen lentamente en la señal de presión de vapor, el controlador maestro se ajusta para una respuesta rápida ante cambios en la presión. En esta disposición si varía la presión del vapor, el caudal de fuel cambia antes que el del aire de combustión. Si se limita el caudal de fuel, lógicamente quedara también limitado el caudal de aire. La desventaja principal del sistema es el riesgo de explosión que se presenta ante un fallo de aire en el punto de consigna del controlador de caudal de aire, si así ocurre no hay aire de combustión pero el fuel continua circulando. [9]
Figura 1.5 Lazo de control caudal fuel – caudal aire en serie
Presión de vapor – caudal fuel en serie / caudal aire en serie
El sistema representado en la figura 1.6 se caracteriza por mantener con más seguridad la relación correcta aire – fuel aunque el fuel no sea medido correctamente. El controlador de presión de vapor ajusta el controlador de caudal de fuel. El transmisor de caudal de vapor ajusta el controlador de caudal de aire al sistema de control de combustión. Aunque las variaciones de caudal de vapor sean rápidas, las fluctuaciones que experimenta no lo son tanto como la presión de la línea de vapor principal. Este sistema se emplea con preferencia en calderas de carbón pulverizado. [9]
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Figura 1.6 Lazo de control presión de vapor – caudal fuel en serie / caudal aire en serie
Caudal aire – caudal fuel en serie
Tal como puede verse en la figura1.7, aquí la señal de aire ajusta a través del relé de relación el controlador de fuel. El sistema es más seguro que el anterior ya que elimina la posibilidad de formación de una mezcla explosiva cuando falla la señal de aire de combustión.
Una variante de este sistema consiste en utilizar un controlador de carga de la caldera a la salida del maestro de presión (común a varias calderas). La salida del controlador de carga es dirigida a dos selectores de máxima y de mínima, lo que permite: ante un aumento de la demanda de vapor la señal pasa al controlador de aire, sin que el fuel o el gas aumente hasta que no lo ha hecho el aire, si la demanda de vapor disminuye, el fuel disminuye el primero y luego lo hace el aire, si la señal de aire falla, el caudal de fuel oil baja a cero automáticamente. [9]
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Figura 1.7 Lazo de control caudal aire – caudal fuel en serie
Caudal aire – caudal fuel en paralelo
La ventaja principal de este sistema, que puede verse en la figura 1.8 es su control directo en el fuel y en el aire. De hecho, para mantener una relación correcta fuel – aire conviene incorporar al sistema un relé de relación manual. [9]
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1.7.2.- Control de nivel
La regulación del agua de alimentación que establece el nivel de la caldera depende de múltiples factores, del tipo de caldera, de la carga, del tipo de bomba y del control de presión del agua de alimentación.
En las calderas, el nivel del líquido debe mantenerse en un punto específico para garantizar una operación segura y evitar situaciones peligrosas. Por tanto es necesaria la instalación de un control que permita ejecutar múltiples acciones bajo la dependencia de una sola variable, el nivel de agua. [9]
Dentro de los diferentes tipos de control de nivel de agua se tienen los siguientes: Desplazamiento (flotador) Presión diferencial Por burbujeo Capacitivo Por ultrasonido Conductivímetro Radioactivo Por electrodos
El sistema de control del agua de alimentación puede realizarse de acuerdo con la capacidad de producción de la caldera, según la tabla 1.1 que se muestra a continuación.
Tabla 1.1. Control de agua de alimentación de acuerdo a la capacidad del tanque
Tipo variables Capacidad de la caldera kg/h
Un elemento Nivel <6000 cargas
irregulares 6000-15000 Pequeños cambios de carga >15000 Cargas mantenidas Dos
elementos Nivel caudal de vapor Cargas irregulares con grandes fluctuaciones Cambios de carga moderados Lentos cambios de carga moderados Tres
elementos Nivel caudal de vapor caudal de agua
>20 000
En la regulación de nivel de un elemento representada en la figura 1.9 el único instrumento utilizado es el controlador de nivel que actúa sobre la válvula de agua de alimentación. El instrumento medidor de nivel puede ser del tipo desplazamiento o de presión diferencial de diafragma. [9]
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Figura 1.9 Lazo de control de nivel de acuerdo a la salida
En calderas de pequeña capacidad inferior a 1000 Kg. /h, la regulación puede ser todo –nada, con dos alarmas de nivel alto y bajo que ponen en marcha la bomba de alimentación, ver en la figura 1.10 que se muestra a continuación.
Figura 1.10 Lazo de control de nivel con electro niveles
En calderas de capacidad media, del orden de 2000 – 4000 kg/h, puede utilizarse un controlador de flotador con un reóstato acoplado eléctricamente a una válvula motorizada eléctrica. Este conjunto se ve en la figura 1.11 actúa como un control proporcional con punto de consigna el punto medio del campo de medida del nivel de flotador. [9]
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Figura 1.11 Lazo de control de nivel con flotador
La regulación de nivel de dos elementos se logra con un controlador de caudal de vapor y un controlador de nivel cuyas señales de salida se comparan en un relé de relación que actúa directamente sobre la válvula de control del agua de alimentación. En la figura 1.12 puede verse este sistema de control. De acuerdo con la demanda de caudal de vapor hay una aportación inmediata de agua de alimentación a través del controlador secundario de nivel.
Este último es utilizado solamente como reajuste de las variaciones que pueden producirse con el tiempo en el nivel de la caldera.
Figura 1.12 Lazo de control de nivel con respecto a flujo en la salida
La regulación de tres elementos elimina el fenómeno de oscilación del nivel de agua que se produce cuando el caudal de vapor crece o disminuye rápidamente. Cuando el caudal de vapor aumenta bruscamente la presión baja con lo que se produce una vaporización rápida que fuerza a la producción de burbujas y agua, lo que da lugar al aumento aparente de nivel de la caldera. La oscilación es opuesta a la demanda y el fenómeno es importante en calderas de cierta potencia y volumen reducido, sujeta a variaciones de caudal frecuentes y rápidas. [9]
Ingeniería en control y automatización Página 26 Las tres variables que intervienen en el sistema son:
Caudal de vapor
Caudal de alimentación de agua
Nivel de agua
Para que las condiciones de funcionamiento sean estables, el caudal de vapor y el de agua deben ser iguales y de forma secundaria, el nivel de agua debe reajustarse periódicamente para que se mantenga dentro de unos límites determinados (normalmente son de unos 50 mm por encima y por debajo de la línea central de la caldera). Manteniendo estas funciones en las tres variables, los instrumentos correspondientes pueden estar relacionados entre sí de varias formas. Las más representativas se encuentran en la figura 1.13 en las que una señal anticipativa (feedforward) del caudal de vapor, se superpone al control de nivel, y todas tienen por objeto dar prioridad a las diferencias entre los caudales de agua y de vapor frente a las variaciones del nivel que pueden producirse ante una demanda súbita, es decir el sistema de control en estas condiciones actúa obedeciendo a la diferencia relativa de caudales con preferencia a los cambios en el nivel.
Figura 1.13 Lazo de control de nivel con realimentación y relé comparador
Señalemos que la medida del caudal de vapor se efectúa preferentemente con una tobera porque su forma suave evita la erosión que de otra forma se producirá en una placa – orificio por causa de las gotas de agua que inevitablemente arrastra el vapor. El caudal de agua de alimentación puede medirse a través de una placa de orificio o de una tobera.[9]
Método que se utilizan para el control de nivel del agua
El nivel de agua de la caldera se controla poniendo en marcha o parando la bomba de alimentación de agua de la caldera a unos niveles de agua determinados por una sonda y controlador (control on/off), o abriendo o cerrando progresivamente una válvula de alimentación según la demanda de vapor hace que cambie el nivel de agua casos con intervalos entre pruebas extendidos.
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Control on / off
Los sistemas de control on / off son más adecuados en instalaciones donde se puede tolerar una cierta variación en la presión de la caldera y el caudal de vapor. Por ejemplo podrían ser las calderas pequeñas con condiciones de carga estables. [3]
Control modulante
El control modulante proporciona una presión un caudal de vapor constante en las calderas de vapor. El caudal del agua de alimentación varia, por ejemplo a través de una válvula modulante, en respuesta a los cambios en nivel de agua. Con un control modulante la bomba de alimentación de agua de la caldera está en marcha todo el tiempo y se usa una línea de retorno al para devolver el agua sin usar al tanque. [3]
Utilización de controles y alarmas de agua en una caldera
Los controles ayudaran a lograr que un caudal de vapor coincida con los requisitos variables de una planta de vapor, es necesario un buen control de nivel de agua de la caldera. Con los pequeños espacios de vapor que ahora son comunes en las calderas modernas, es esencial una respuesta rápida y precisa a las variaciones en el nivel de agua. [3]
Las alarmas nos ayudaran para operar de manera segura, todas las calderas de vapor necesitan un método de avisar cuando los niveles de agua están demasiado bajos o altos. En muchos países, las normativas requieren dos alarmas de nivel bajo de agua independientes. También en muchos casos se requieren alarmas independientes de nivel alto. Con la tendencia hacia la caldera sin supervisión crece la necesidad de alarmas de alta seguridad y autocontrol. Estos sistemas pueden operar en muchos casos con intervalos entre pruebas extendidos. [3]
1.7.3.- Control de presión
Generalmente en las calderas de vapor, la presión del vapor de salida es la variable controlada. Esta actúa directamente sobre la operación del mecanismo que proporciona la energía, accionando dispositivos de parada o arranque dependiendo si las presiones de operación han sido o no satisfechas.
El controlador de presión del vapor (presostato) puede ser uno de los dos tipos generales: de posición proporcional o proporcional mas flotación. Para calderas que operan a presiones bajas y tienen una capacidad de almacenamiento considerable de agua y vapor, un tipo de posición proporcional puede utilizarse.
Ingeniería en control y automatización Página 28 En este controlador, el movimiento es directamente proporcional al cambio de presión (entre los limites alto y bajo). Un controlador proporcional más flotación se utiliza en calderas de presión alta y una capacidad pequeña. Los presostatos básicamente están compuestos por un diafragma, un mecanismo de transmisión de movimiento y contactos eléctricos que pueden ser platinos o bulbos de mercurio.
El diafragma es un elemento que censa la presión y produce una deformación que será multiplicada y transmitida por un resorte o un mecanismo de barras al elemento que produce el contacto eléctrico.
Resumen
En este capítulo se tomaron en cuenta diferentes puntos como lo que es una caldera, breve historia de la caldera en donde se habla de cómo se creo la primera caldera y como fue su evolución además se habla de las partes de una caldera las cuales son las más comunes teniendo en cuenta que en el proceso de la caldera se necesitan más elementos dependiendo de que tipo de caldera, dichos elementos no son mencionados en este capítulo, de igual manera se mencionaron los accesorios que podrían utilizar las calderas para su mejor desempeño, una parte importante de la cual es necesaria tener conocimientos es de la instrumentación utilizada con base a algunas figuras mostradas de cómo se instrumenta una caldera se realizara el simulador mostrado en el capítulo de desarrollo de ingeniería.
Para el desarrollo del simulador es necesario que se comprendan los conceptos y teoría mostrada en este capítulo de igual manera es necesario comprender el capítulo siguiente en el cual se describe de una forma general la caldera piro tubular.
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