01b.- Sistemas de Control - Esquemas de Control - (2026 - II) - Parte 2 de 2

Cuando la combustión se produce en una cámara hermética como es el caso de los Hornos industriales se necesita mantener la cámara oxigenada para garantizar la combustión, la relación entre Oxigeno y Combustible la determina el ingeniero químico o el ingeniero de procesos de la planta.

La idea es que el proceso de combustión se ejecute de la forma más eficiente posible. Si NO hay oxigeno, por mas que quemes combustible no hay llama y lo que se produce es una explosión. En consecuencia nuestro esquema de control debe garantizar una relación de oxigeno y combustible esta relación produce una perfecta llama azul. Adicionalmente en caso de cualquier falla es necesario inundar la cámara de oxigeno y minimizar combustible de la cámara para evitar cualquier posibilidad de accidente. 

Pensemos que el ingeniero químico o de proceso nos dice que la relación entre el oxigeno y el combustible de 1.2 o sea por cada unidad de combustible yo debería suministrar 1.2 unidades de oxigeno. nuestro esquema cambiaria de la siguiente forma:

El FY es un algoritmo multiplicador, él le pide al FIC de Oxigeno 1.2 veces lo que se le solicita al de Gasoil.

Determinamos que tipo de válvula debemos usar para suministro de oxigeno. Por condiciones de seguridad necesitamos que en caso de cualquier falla la válvula inunde de oxigeno la cámara en consecuencia la válvula debería ser del tipo ATC (Falla abierta).

Determinamos la acción del controlador de flujo de oxigeno, para esto nos planteamos que el flujo de oxigeno aumente, en caso de que esto ocurra el esquema debe cerrar la válvula para compensar. En pocas palabras debe enviar aire a la válvula y con aire la válvula cierra.

Como se aprecia un aumento del caudal de Oxigeno obligaría al FIC2  a cerrar la válvula, para que esto ocurra el FIC2 aumenta su salida de forma de cerrar la válvula, por lo tanto el FIC2 es Directo.

Ahora debemos verificar que el esquema trabaja completamente, esto es que los dos controlares esclavos (FIC1 y FIC2) respondan apropiadamente del maestro (TIC). Probemos el escenario, asumamos que la temperatura esta por encima de la deseada nuestro esquema debería cerrar la válvula de gasoil y la de oxigeno. Verifiquemos si esto se produce:

Como se aprecia el esquema opera apropiadamente, el aumento de la temperatura a la salida del horno genera un cierre de las válvulas de aire y de combustible.

Esquema de Control Saturado

El esquema de control saturado esta basado en la presencia de dos o más maestros tratando de darle instrucciones a un esclavo. Un ejemplo de control saturado es el proceso de separación del crudo en sus distintos componentes. El crudo reacciona con un catalizador en un equipo denominado Torre de Craqueo, este proceso provoca la separación del crudo en sus distintos componentes: Gasolina, Diesel, Keroseno, Aceites, etc. Esta reacción química produce un incremento de la temperatura y presión en la torre. Se debe controlar la temperatura de forma de evitar que un incremento desproporcionado de la misma dañe las paredes de la torre.

Además, se debe impedir que por aumento de presión el fluido contenido en la torre retorne al recipiente que contiene el catalizador dado que esto contaminaría el producto, este fluido que retorna presenta cantidades considerables de crudo y/o sus derivados. Para evitar esto se coloca un control de temperatura en la torre y un control de presión diferencial a la altura de la válvula que mide la diferencia entre la presión a la salida de la válvula y la presión a la entrada de la misma, si esta diferencia tiende a cero es porque las presiones se están igualando y hay riesgo de que el fluido contaminado retorne. veamos la grafica asociada:

Tanto el controlador de temperatura TC y el control de presión diferencial DPC van a solicitar aumento o disminución de catalizador al controlador de flujo, para proteger el proceso el controlador de flujo debe hacer caso al controlador maestro que le solicita la menor cantidad de flujo, si lo hace el de temperatura es porque esta protegiendo la torre para evitar daños sobretemperatura. Si lo hace el de presión diferencial es porque esta tratando de pedir menos flujo para reducir la reacción en la torre y así disminuir la presión en la misma, de esa manera evita que la presión a la salida de la válvula iguale a la presión a la entrada. 

En consecuencia es necesario colocar un algoritmo de selector de baja, considerando que si un controlador pide mas catalizador y el otro menos, "debemos hacerle caso al que solicita una cantidad menor de catalizador porque es el que esta protegiendo al sistema".

Determinamos el tipo de válvula, bajo cualquier concepto para proteger el sistema si la válvula falla debemos impedir que el catalizador entre en la torre de craqueo, por lo tanto esa válvula debe fallar cerrada la válvula correcta es una válvula tipo Aire Para Abrir (ATO), la cual en caso de falla, lo hace cerrada. 

Para determinar la acción del Controlador esclavo consideramos que el flujo de catalizador aumenta, en ese caso debemos cerrar la válvula, como ella es aire para abrir (ATO), para que cierre debemos quitar aire, por lo tanto en controlador de flujo es "Reverso", tal como se aprecia en la grafica:

Para determinar los maestros asumimos que el selector esta seleccionando al maestro que estamos estudiando y no le hace caso al otro controlador maestro, nos planteamos el escenario, si la temperatura esta muy alta queremos que la válvula cierre, para que esto suceda, debemos quitarle aire a la válvula, tal como se muestra en la siguiente grafica:

Ahora planteamos una hipótesis en el TC a ver si funciona, vamos a colocar la errada que el maestro sea "Directo", hacemos el recorrido y verificamos:

Como se aprecia en color azul, al final con alta temperatura la válvula abre en vez de cerrar, por lo tanto, la opción correcta es "Reverso". Corregimos y revisamos:

Para determinar el controlador de presión diferencial hacemos lo mismo, consideramos que la presión diferencial se hace pequeña, eso es muy malo, dado que la presión de salida de la válvula se esta igualando con la de la entrada y el fluido contaminado esta a punto de retornar al recipiente que contiene el catalizador, por lo tanto, se requiere cerrar la válvula, veamos el escenario:

Ahora asumimos que el selector va a seleccionar la salida del controlador de presión diferencial, en consecuencia planteamos una hipótesis, para este caso voy a usar la correcta "Directa", chequeamos que funcione:

Como se aprecia el esquema opera apropiadamente.

El siguiente enlace corresponde a una demostración del funcionamiento del esquema de control Saturado del proceso de craqueo catalítico estudiado en la clase y explicado en la parte de arriba. Por favor detallen como se saturan los controladores, en este caso se saturan a 100%, en otros casos lo pueden hacer a 0%.

 

Funcionamiento del esquema de 

de control Saturado - Torre de Craqueo

Para ver un resumen de la explicación dada por el profesor en la clase anterior acceda a los siguientes enlaces.

Resumen de la clase de control de horno industrial

Sistema de control de Nivel (Sala de Control)

Sistema de control de Horno (Sala de Control)

por favor analícenlo y cualquier consulta me la hacen llegar por el grupo "Whatsapp" o en la próxima clase. Recuerden el control de temperatura es Reverso y el de Presión Diferencial es "Directo".

Éxito.