CONTROL AUTOMTEMP GASE VOLAT METALURGICA vinto

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
Título:
CONTROL
AUTOMÁTICO
DE
TEMPERATURA
DE
GASES
DE
VOLATILIZACIÓN, DE LA SECCIÓN VOLATILIZACIÓN II, PARA LA EMPRESA
METALÚRGICA VINTO.
Autor:
Pablo Rodrigo Cortez.
Fecha de defensa de Proyecto de Grado:
Miércoles 4 de junio de 2008.
CONTROL AUTOMÁTICO DE TEMPERATURA DE GASES DE VOLATILIZACIÓN.
Tutor:
Msc. Ing. Ramiro Franz Aliendre García
El presente proyecto, tiene por objeto realizar el diseño del sistema de control de temperatura
en un intercambiador de calor de contacto directo y flujo cruzado, montado en la Sección
Volatilización II de dicha empresa; para mejorar el rendimiento de recolección del
precipitador electrostático seco con el que se recupera el producto del proceso de
volatilización. En éste sentido se definen los siguientes objetivos, general y específicos:
Diseñar el sistema de control automático de temperatura, para mantener constante la
temperatura de los gases de volatilización de ingreso al precipitador electrostático seco, para
mejorar el rendimiento de recolección.
 Determinar la temperatura de trabajo del precipitador electrostático respetando los límites
de operación establecidos por la Empresa Metalúrgica Vinto.
 Diseñar el sistema de control dirigido a eliminación de perturbaciones.
 Garantizar un correcto funcionamiento independientemente de las condiciones de operación
del proceso y de la temperatura ambiente.
 Simular el sistema de control bajo distintas condiciones de operación.
 Detallar las recomendaciones necesarias, para una ejecución real del sistema.
El modelo dinámico y físico, que gobierna el comportamiento del sistema, desde el punto de
vista de control y la termodinámica misma del proceso, se realizó a partir de la adquisición de
datos en tiempo real y de la lectura de datos de las variables que intervienen en cada
componente del sistema que se quiere controlar. Una vez determinado y validado el modelo
dinámico del proceso y determinado los criterios de diseño, se procedieron la sintonización del
controlador y la prueba del sistema a distintas condiciones de operación mediante la
simulación.
El diseño del controlador está dirigido a la eliminación de perturbaciones, por tal razón se
realizan pruebas de perturbación identificadas como la temperatura de ingreso al
intercambiador y las perdidas de calor por acción de la temperatura ambiente, los resultados de
simulación, mostraron una excelente respuesta del sistema, sin que exista saturación del
controlador, al mismo tiempo la velocidad de respuesta de cada componente del actuador se
ajusta a condiciones reales de operación sin ningún problema.
Luego de comprobar la correcta operación del sistema de control, se procedió a realizar el
ajuste de tensión de alimentación a cada sección o campo del precipitador, en función de una
nueva temperatura constante de entrada a éste filtro, con ésta nueva tensión de alimentación se
calculó el nuevo rendimiento a partir del cual el incremento de rendimiento se determina en
11.165%. Los indicadores calculados en la evaluación económica del proyecto muestran que
el proyecto es aceptable, factible y rentable por lo que se recomienda su ejecución, las
conclusiones y recomendaciones el final del presente estudio son:
El diseño del sistema de control automático de temperatura, asegura que la temperatura de los
gases de volatilización, se mantenga constante al ingreso del precipitador electrostático seco,
así lo demuestran todas las pruebas de simulación, las mismas contemplan perturbaciones
totalmente extremas e hipotéticas y perturbaciones que se ajustan muy bien a las condiciones
reales de funcionamiento y operación del proceso de volatilización, éstas simulaciones
muestran que en el extremo de funcionamiento, el pico máximo o mínimo respecto a los
350°C no sobrepasa siquiera la décima de grado centígrado (0.1°C). Por tanto se asegura que
la temperatura de los gases al ingreso del filtro es constante.
 Respetando los límites reales de operación impuestos por la empresa, temperatura máxima y
mínima de entrada al precipitador electrostático, el incremento en el rendimiento de
recolección de 11.165% es muy bueno, entonces se deduce que para ésta mejora en el
rendimiento de recolección, el control de temperatura propuesto en el presente proyecto no
afecta en nada el límite de 340°C exigido por la empresa.
 En función de la simulación realizada en seguimiento a referencia, los valores de operación
del actuador en su conjunto son físicamente inalcanzables para una operación normal, por lo
que el objeto del sistema de control es la eliminación de las perturbaciones, mostrando un
excelente desempeño como se puede apreciar en la simulación de cada caso propuesto.
 La sintonización del controlador PID, se realizó mediante el método del lugar geométrico de
raíces, éste fue el algoritmo de control utilizado en el presente proyecto.
 No fue necesario el estudio del rediseño del sistema eléctrico de funcionamiento normal ni
de emergencia, por tanto no se modifica en nada la configuración actual, simplemente que
existe la adición de circuitos de señal, control y señalización.
 Operar el control de la torre de enfriamiento de gases en modo manual durante el arranque
del horno fuming.
 Conectar el control automático cuando la temperatura de ingreso al precipitador sea el 90%
del punto de consigna de su diseño, así se asegura que las distintas variables del sistema de
control se ajusten a un funcionamiento que no sobrepase los límites físicos reales.
 Una vez que el control automático se ejecuta, abrir completamente la válvula mariposa que
regula la sección de apertura de ingreso de agua al intercambiador.
 Cuando exista corte de energía, esperar a que el sistema de emergencia opere y ejecutar una
vez más el control automático.
 El diseño del presente proyecto no asegura un incremento en el rendimiento superior al
calculado, se recomienda utilizar tecnología para precipitadores electrostáticos, el mejor perfil
para ésta aplicación la dispone el fabricante BHA Group.
Una vez finalizado el análisis técnico y económico, los resultados son aceptables, sin embargo
se sugiere aplicar tecnología específica para mejorar al 100% el rendimiento de recolección,
pues el presente proyecto se justifica por la mínima inversión y un incremento muy elevado en
los beneficios.