Sistemas de Control de Turbomaquinaria

Por Jim Jacoby e Ian Willetts.
InTech México  Automatización,
Edición Julio – Septiembre 2010


La Simulación Dinámica se está moviendo a grandes pasos y ha estado traspasando fronteras para cortar prototipos de procesos innecesarios, y también para mejorar el desempeño y confiabilidad de los sistemas.


INTRODUCCIÓN

La integración de hardware y funciones de control de simulación dinámica para turbo maquinaria en una sola plataforma de alta confiabilidad (tales como sistemas con algoritmos de control robustos) ha llevado a mejoras significativas en el desempeño y operatividad.

En el pasado, un tren de compresores podía haber requerido controladores separados para la presión de succión, recirculación y velocidad de la turbina o del motor, así como paneles separados de alarmas y secuencia de relevo, un paquete separado de monitoreo de vibración y un paquete separado de protección de disparo por sobre velocidad.

Ahora, sólo el sistema de protección de sobre velocidad debe permanecer separado para alcanzar los requerimientos de los estándares de la industria. Mientras se hacen mejoras continuas al hardware; y software del sistema, el éxito de un proyecto es frecuentemente determinado durante el comisionamiento y arranque.

Para minimizar el riesgo del comisionamiento y arranque, se recomienda contar con una simulación de alta fidelidad para los operadores de la planta y desarrolladores del sistema de control. Además, para correr el pro grama de control del sistema de turbo maquinaria, la simulación dinámica puede incluir la parte del proceso asociado con el tren del equipo rotatorio. Bajo el ambiente de simulación se pueden observar ambas respuestas, tanto la de condiciones en estado estacionario como la de control dinámico.

Se pueden reconocer cuatro áreas de beneficios: Ahorro de Costos, de Tiempo, Seguridad y Disponibilidad.

TIPOS DE SIMULACIÓN

En los últimos cinco años, la sofisticación y capacidades de los simuladores dinámicos han mejorado. Estas evoluciones son el resultado de algoritmos innovadores que combinan métodos de cálculo rigurosos para estado estacionario con el modelado dinámico transiente.

También la mejora en el desempeño de computadoras personales permite una interacción más rápida de resultados, pues la mayoría de los nuevos principios fundamentales de paquetes de simulación dinámica han incorporado el modelado basado en objetos, simplificando dramáticamente la configuración del proceso.

Dado que algunos de los simuladores dinámicos de la generación actual están basados en los mismos cálculos de principios fundamentales de los simuladores en estado estacionario, cuando una simulación dinámica alcanza el estado estacionario, ésta coincide con los cálculos de la simulación en estado estacionario. Actualmente, no hay un estándar industrial para la definición de la fidelidad de un simulador, pero las siguientes dos categorías son ampliamente aceptadas.

Baja fidelidad. Los simuladores tieback desarrollados para la prueba de lazo cerrado de programas de control digital son considerados de baja fidelidad. Este nivel de simulación puede ser complementada con hardware adicional (tarjetas l/O para el sistema de controlo dentro del software con la simulación corriendo en otro controlador y con intercambio de datos l/O directamente a localizaciones dentro de la memoria). A pesar de que una simulación dinámica de baja fidelidad es útil para validar el programa de control y entrenamiento de operadores, no es apropiado para hacer predicciones exactas sobre el desempeño del equipo físico (tal como los compresores, válvulas de recirculación o el efecto del ambiente del proceso en el programa de control).

Alta fidelidad. Un simulador de alta fidelidad incluye ambos, cálculos dinámicos realistas del fluido y de los equipos. La inercia del tren de maquinaria también está incluido en este tipo de simulaciones para mejorar la realidad de las predicciones del desempeño transiente.

USOS DE LA SIMULACIÓN DINÁMICA

Además de usar un simulador dinámico para validar un programa de control dentro de un ambiente de proceso, existen muchos otros usos, dependiendo de las características y fidelidad del paquete de simulación.

Dimensionamiento y selección de equipo Si el simulador es usado durante la fase de diseño de la planta, la información obtenida de un estudio de simulación dinámica puede ser usada para determinar si la dimensión del equipo es adecuada para las condiciones transientes. Obviamente es menos costoso tomar un cambio de diseño que investigar qué cambios requiere una válvula, tubería o recipiente cuando ya se está trabajando en la fase de arranque.

Selección y verificación del Control La validación del control lógico es la primera parte de este grupo. Las pruebas a lazo abierto de controlador de lazo cerrado pueden demostrar que un controlador se mueve en la dirección correcta basado en la dirección del error. Desafortunadamente, hay muy poca información cuantitativa disponible con este tipo de pruebas. Una simulación a lazo cerrado permite una evaluación del comportamiento del sistema y los controles asociados en una manera segura y eficiente.

Otros usos del simulado dinámico incluyen: Pruebas de Aceptación (FAT por su nombre en inglés) del programa de control; validación de cambios en el programa de control; pre-entonamiento del sistema; entrenamiento y seguridad; entrenamiento de operadores; entrenamiento de los ingenieros de control; identificación de problemas; y todos los análisis qué pasa si, que permiten a un ingeniero de procesos o control y a un operador probar sus propias ideas acerca de cómo operar mejor el proceso usando la herramienta de simulación dinámica, sin riesgo para la planta, el personal o el margen de utilidad.

CONCLUSIÓN

La Simulación Dinámica reúne los controles, el proceso y las operaciones. El alto desempeño de las Computadoras Personales modernas y paquetes de simulación dinámica sobre sistemas disponibles desde hace algunos años han provisto a los diseñadores de sistemas de control e ingenieros de proceso con un excelente conjunto de capacidades para la evaluación, prueba, implementación y modificación de programas de control de turbomaquinaria complejos en un ambiente de proceso.

Los errores en los costos se evitan y los tiempos de comisionamiento y arranque se reducen. Se llevan a cabo ahorros significativos en los costos. Además, estas mismas herramientas pueden formar la base de un simulador de entrenamiento para operadores reales.

ACERCA DEL AUTOR

JimJacoby es director del portafolio de Turbomaquinaria e lanWilletts es director del portafolio de Simulación Dinámica de InvensysOperations Management.

0
Compartir:

Dejar un comentario

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.