Control de Calderas - Introduccion

El sistema de control de una caldera es la herramienta mediante la cual se consiguen los equilibrios de masa y de energía de la misma ante las variaciones en la demanda de los consumidores.

La energía y la masa introducidas en la caldera deben ser reguladas para conseguir las condiciones de salida deseadas. Las medidas de las variables del proceso darán al sistema la información necesaria para ello. En la Figura 3-1 se muestra mediante un diagrama de bloques el esquema general del control de una caldera.

Figura 3-1. Esquema de control básico

Desde el punto de vista del equilibrio energético se debe generar una demanda de carga (de fuego), de la cual se generarán a su vez las demandas de combustible y aire, que proporcionarán el aporte de energía necesario para mantener el equilibrio respecto a la extraída en el vapor. El control de nivel será el encargado de mantener el equilibrio entre la masa saliente en forma de vapor y la entrante en forma de agua. La temperatura del vapor será mantenida mediante el control de temperatura de éste, con su influencia, tanto en el equilibrio de energía como de masa.

En el sistema de control de una caldera, las diferentes variables interaccionan sobre los diferentes subsistemas. Así, la demanda de carga influirá sobre la temperatura de vapor, el caudal de agua sobre la presión de vapor que a su vez es la causante de la demanda de carga. Por lo tanto, todo el sistema debe ser coordinado y implementado de forma que minimice los efectos de dichas interacciones, puesto que el propio diseño del sistema las puede aumentar.

La primera consideración como consecuencia de lo anterior es en donde se requiere un sistema multivariable o lazos simples independientes. En general, usaremos lazos de control simples en aquellas variables que no influyen, ni están influidas, por otras externas al lazo, como pudieran ser, la presión de suministro de combustibles, de conductos, etc., siempre que sus valores de consigna sean fijos y no, función de otras variables del sistema.

Usaremos una estructura multivariable, por el contrario, cuando las variables afectan o están afectadas por más de una variable medida o manipulada. En este caso, un sistema cuyas acciones son tomadas en paralelo está generalmente menos interaccionado que uno que las toma en serie. Un ejemplo de esto sería el control de combustión en el cual la cantidad de aire y combustible se modifican a la vez en lugar de una tras de otra, en cuyo caso una perturbación en la primera variable se propaga en la segunda perturbando está y viceversa.

Otra regla general de implementación será el uso de circuitos de compensación de forma que las perturbaciones en las variables no afecten al proceso. Un ejemplo de esto sería la compensación según los combustibles que se estén usando, de forma que la puesta en servicio de un nuevo combustible no modifique el combustible total que se introduce en el hogar.

Aunque los lazos de control tienen de alguna forma tiempos muertos, en la mayoría de los casos se puede asumir que una respuesta de primer orden es adecuada para analizar el comportamiento de los lazos de una caldera. Con esta premisa, las constantes de tiempo para las distintas variables podemos asumirlas como:

-      Caudal. Segundos

-      Caída de presión. Segundos

-      Nivel. De segundos a minutos.

-      Aumento de presión. Minutos.

-      Temperatura. Minutos.

-      Presión en líquidos. Milisegundos a segundos.

Otro factor a tener en cuenta en el diseño del sistema de control, es la interferencia de los ruidos en el sistema, ya sean ruidos en las medidas o en el proceso. Un ejemplo del primer caso sería el ruido típico en la medida de un caudal, y del segundo la pulsación que se produce en el hogar. Dependiendo de la relación entre el ruido y la medida en sí, puede hacerse necesario la implementación de algún tipo de filtrado, aumento en la calibración de los transmisores, etc.

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