CHAPTER 7: USABILITY TESTS
7.2 RESULTS
Ilustración 41: Proceso de fabricación del cemento ma • Enfriamiento del clínker • Acopio de clínker
El proceso de fabricación de cemento es muy similar en todas las cementeras y comprende los siguientes procesos: • Extracción de la cantera • Trituración de materia pri • Conformación de escombreras • Acopio de materias primas • Molienda de crudo • Acopio en silos de crudo • Precalcinación de harina cruda • Clinkerización
• Molienda de cemento • Ensilado y despacho a granel
Primero se extrae de la cantera la piedra caliza que es la principal materia prima para la elaboración del cemento. Estas piedras de gran tamaño son transportadas a la Planta de Trituración. Esta caliza se tritura y se transporta por una cinta hasta un montón en stock que se llamo Escombrera. Nuevamente a través de cintas el producto se almacena en tolvas de Molino de Materia Prima.
La caliza se muele junto con otros componentes minoritarios para formar un polvo llamado “Harina Cruda”. La Harina Cruda obtenida se lleva a los silos donde es homogeneizada y posteriormente transportada al Horno. El producto ya homogeneizado entra por la parte superior de la Torre de Intercambio de Calor y desciende por la misma iniciándose los procesos de deshidratación y descarbonatación.
El material precalcinado ingresa en el Horno rotatorio donde la temperatura aumenta hasta unos 1450ºC. El producto obtenido se denomina clínker y tras salir del horno es enfriado rápidamente para bajar su temperatura a 100ºC para conservar sus cualidades.
El clínker se almacena en el Parque de Clínker para su posterior uso. Después es llevado a los silos que alimentan los Molinos de Clínker. El producto obtenido de esta molienda conjunta es el cemento. Los silos de cemento permiten alimentar embolsadoras automáticas o despacho a granel. Ilustración 42: Fábrica de cemento • Embolsado de cemento
ca
las cementeras ante paradas de sus procesos por Por una parte disponen de controles estrictos de calidad de su pro l no producido. la parte de mayor criticidad corresponde a: • El intercambiador que comprende para cada una de las dos líneas un ventilador de tiro de 1400 kW y un ventilador de cola de 800 kW.
• El enfriador de 340 kW en corriente continua junto con una decena de motores accionados por variadores de frecuencia el corriente alterna.
Los controles de velocidad por variación de frecuencia son especialmente susceptibles a las perturbaciones del tipo hueco de tensión. Están constituidos principalmente por un rectificador, un filtro en el que uno de sus componentes es un condensador y un inversor. El inversor permite transformar una tensión continua en una tensión alterna trifásica de amplitud y frecuencia variable. Una tensión de este tipo aplicada a un motor asíncrono de jaula permite variar su velocidad de sincronismo y por consiguiente la velocidad del motor.
La fuente de energía primaria lo constituye la red que a través de un pr de rectificación y posterior filtrado p tinua que alimenta al inversor.
5.2.2. Problemáti
La problemática que plantean perturbaciones eléctricas es doble:
ducto así como de seguridad medioambiental por control de emisiones de polvo a la atmósfera. El problema principal viene determinado con los largos tiempos de rearranque del proceso y la necesidad de trabajar en periodos donde el coste de la energía es superior al de las horas valle para poder cumplir plazos de entrega. Las pérdidas vienen directamente relacionadas con el materia
Son cliente con consumos muy importante con punto de suministro en la red de alta tensión. La principal perturbación que les afecta son los huecos de tensión. De hecho, algunos están conectados en configuración entrada salida con protecciones de línea en sus instalaciones por lo que en el caso de cortocircuito en una de sus llegadas, mantendrían tensión por la otra llegada.
La mayor problemática que plantean las cementeras es que ante interrupciones largas de suministro las particulas en suspensión del clínker se depositan en el refractario y su solidificación puede resultar su la contracción y rotura.
Otros puntos críticos del proceso son la torre de calcinación y las enfriadoras del clínker. Estos procesos suelen incorporar motores de gran potencia bien de corriente continua o gobernados por variadores de velocidad de corriente alterna en potencias nominales elevadas. En el caso analizado
oceso ermite obtener la tensión con
la arquitectura de un variador de frecuencia.
La siguiente figura muestra
Ilustración 43: esquema de un motor de te continua controlado por un variador de frecuencia En relación
corrien
con el sistema de protecciones, la mayoría de los convertidores dispon
ducen la tensión y la frecuencia para limitar
proporcional a la corriente.
l motor.
e detiene la deceleración. Para corregirlo debe aumentarse el tiempo de deceleración o incluir el frenado dinámico.
•
de
• Termostato: Dispara en caso de exceso de temperatura en el modulo de potencia y rovoca
en de las siguientes protecciones:
• Limitación de sobreintensidad: Cuando se detecta una corriente superior a la ajustada, bien durante la aceleración o durante la parada, se re
la corriente.
• Disparo por sobreintensidad: Este disparo actúa por picos de corriente instantánea. • Disparo por sobrecarga: Es ajustable y actúa por tiempo inverso, es decir, que el tiempo que tarda en producirse el disparo es inversamente
Permite operar con cierta sobrecarga durante un tiempo determinado, al cabo del cual se apaga, evitando así el excesivo calentamiento de
• Límite de sobretensión: Cuando el motor decelera, aumenta la tensión en el lado de continua del inversor, al alcanzarse una cierta tensión s
Disparo por baja tensión: Se produce en caso de fallo instantáneo de la tensión de red o en caso de baja tensión de línea (hueco de tensión). Incorpora una protección de mínima tensión de bus de continua. (Nota: algunos fabricantes además esta protección, incorporan una supervisión de las tres tensiones de fase de entrada de alimentación, y cuando se produce una desviación sobre el ajuste prefijado provoca el disparo del equipo.
referente al us de continua. Éste se ve afectado por las faltas en la tensión de alimentación, especialmente si son trifásicas. Dependiendo de la profundidad de la falta y en caso extremo, el único elemento que puede aportar energía al bus es el condensador del filtro de modo que cuando su tensión se reduce un 15% o 30% se inhibe el inversor y la máquina queda sin alimentación. El motor pierde velocidad y las tensiones residuales que aparecen en el estátor hacen que el rearranque del equipo con el restablecimiento de la red sea problemático ya que se pueden producir sobrecorrientes que ponen en peligro la integridad del inversor.
Los huecos de tensión afectan al funcionamiento de los convertidores de frecuencia. n este caso cuando la tensión continua desciende más de un 20 %, se inhibe el inversor y el motor queda sin alimentación, se produce su parada y afecta de manera directa al proceso productivo.
de manera a retirar las dichas partículas.
la cantidad de energía acumulada
a estaría
motor se desmagnetice (30 a 40s) y rearrancar de manera automática el motor. Esta opción necesita tener información sobre la tensión de red para asegurar que la red está correctamente energizada. Dependiendo de la captación de señal del convertidor, dicha información podría provenir de un dispositivo de control de tensión aguas arriba de la línea o de la información accesible del sistema de muy alta tensión. En cualquier caso esta opción para la aplicación en estudio no sería válida, dado que se pretende que el motor no llegue a En los convertidores de corriente alterna la problemática se presenta en lo
b
E
5.2.3. Soluciones
Para proteger el horno rotativo frente a solidificación del clínker en las paredes por interrupciones largas, es práctica habitual, disponer de suministro complementario en los ventiladores asociados
Para reducir la sensibilidad de estos equipos a los huecos de tensión y a las interrupciones breves existen diferentes técnicas.
El primero de ellos podría ser reforzar el bus de continua del inversor que alimenta al motor. Se trataría de aumentar el almacén de energía intermedio añadiendo más condensadores en paralelo. De esta forma se incrementaría
dotando de mayor autonomía al motor en caso de ausencia de red. Hay que considerar que un hueco cualquiera, puede ser considerado como una interrupción o ausencia de red si se mantiene el nivel del bus de continua, ya que el rectificador de entrad
permanentemente desconectado.
activa el engan
siempre que como consecuencia de una interrupción breve o un hueco de tensión, la tensión del bus de continua desciende por debajo de un nivel predeterminado. Si de la carga, el motor continúa girando cuando se restablece la tensió de la falta. vía estén presentes las tensiones residuales del es l p a
Otros variadores de velocidad tiene la opción de “respaldo cinético”. Es una función automática y se activa cuando el inversor está habilitado y la tensión de bus del circuito intermedio desciendo por debajo de un valor prefijado. Se habilita configurando el parámetro correspondiente. No obstante puede ocurrir que la aplicación no recupere la velocidad por encima de la velocidad mínima o que la tensión de bus descienda por debajo de la tensión mínima, entonces en estos casos el accionamiento pasa al estado de fallo y
re che automático, con lo que se estaría en el caso anterior.
La última opción es la de arranque al vuelo o “Flying Start”. En los equipos que incorporan esta técnica, el inversor se desconecta y por consiguiente el motor queda sin alimentación
debido a la propia inercia y la
n de red, el inversor ajusta, en función de la velocidad, la frecuencia y amplitud de la tensión de salida para alimentar el motor sin la aparición de sobrecorrientes. El motor acelera y recupera la velocidad que llevaba con anterioridad a la aparición
En determinados equipos este rearranque o reenganche se produce tan pronto como se restablece la tensión de alimentación aunque toda
tator inducidas por el magnetismo remanente del rotor. Sin embargo en otros equipos una vez restablecida la red, el contro espera un tiempo de seguridad ara asegurar la desaparición de las tensiones residuales. En este caso el motor permanece sin alimentación durante más tiempo por lo que la pérdida de velocidad será mayor.
Esta técnica es adecuada para aquellas aplicaciones que puedan soportar una reducción de la velocidad del accion miento sin que el proceso resulte afectado.
En el caso de estudio la propuesta de minimización consiste en proteger el PLC y el control del sistema mediante fuente de alimentación segura y utilizar la opción de arranque al vuelo. Hay que tener en cuenta en este caso la necesidad de temporización de la señal de fallo de convertidor que se envía al PLC vía profibús.