AUTOMATISMO PROVISORIO PARA CONTROL DE TEMPERATURA DE CALDERA DE AGUA CALIENTE
AUTOMATISMO -PROVISORIO- PARA CONTROL DE TEMPERATURA DE CALDERA DE AGUA CALIENTE
Por Ing. Matías H. Paea
Malligasta, La Rioja
Diciembre 16, 2022
1. INTRODUCCIÓN
4. RELEVAMIENTO EL TABLERO EXSISTENTE
Por Ing. Matías H. Paea
Malligasta, La Rioja
Diciembre 16, 2022
1. INTRODUCCIÓN
Se trata de una caldera Fontanet de 1971, originalmente a vapor, reacondicionada para su uso como caldera de agua caliente. La capacidad original de la caldera era de 2500Kg/h de vapor con retorno de agua condensada a 100ºC.
La caldera se encuentra, estructuralmente en buen estado, sin embargo, su automatismo presenta grandes problemas.
- El control de temperatura se realiza mediante un termostato mecánico en pésimo estado, sin poder contar con un ajuste fino de temperatura. Esto resulta paradójico puesto que dentro del tablero se dispone de un controlador de temperatura tipo ON/OFF marca Novus, modelo N321, que bien podría emplearse para controlar la temperatura de la caldera.
- La caldera cuenta con las protecciones mínimas puesto que no es una caldera de vapor, lo que reduce significativamente los costos.
o Control de nivel mediante electrodo de neutro: este sistema de control de nivel no ha podido implementarse debido a que implica una corriente de fuga de neutro, lo que dispara las protecciones diferenciales en los tableros. Se optó por un control de nivel a través del tanque de expansión.
o Termostato: cuenta con un termostato mecánico para el control de temperatura, en mal estado que debe ser reemplazado.
o Presostato: si bien la caldera trabaja a presión atmosférica, con un pescante que comunica la parte superior de la misma con la atmósfera a fin de evitar la formación de burbujas de vapor, se instaló un presostato a fin de asegurar que no se genere presión interna superior a las capacidades nominales de la caldera.
o Controlador Honeywell Satronic: el encendido de la caldera se realiza mediante un controlador Satronic. Debe decirse que todos los componentes de control de la caldera, son los originales, no hay piezas nuevas, incluyendo las electroválvulas. El estado de cableado no es el recomendable y tampoco la presentación general de la instalación eléctrica.
o Control de llama mediante un sensor ultravioleta Satronic UVZ 780.
- El control de ingreso de aire se realiza mediante un actuador ON/OFF que acciona una válvula mariposa para el ingreso de gas principal y a la vez una clapeta para el ingreso de aire al quemador.
Dado que el actuador de la válvula de gas/aire principal no funciona correctamente, luego de encender la llama piloto y accionarse las válvulas principales, se sopla la llama y la caldera se apaga. Por este motivo se ha procedido a la desconexión del actuador y a la regulación manual de aire a un punto medio en el cual la llama piloto se mantiene encendida y al accionar la válvula principal de gas también.
- El control de temperatura se realiza mediante un termostato mecánico en pésimo estado, sin poder contar con un ajuste fino de temperatura. Esto resulta paradójico puesto que dentro del tablero se dispone de un controlador de temperatura tipo ON/OFF marca Novus, modelo N321, que bien podría emplearse para controlar la temperatura de la caldera.
- La caldera cuenta con las protecciones mínimas puesto que no es una caldera de vapor, lo que reduce significativamente los costos.
o Control de nivel mediante electrodo de neutro: este sistema de control de nivel no ha podido implementarse debido a que implica una corriente de fuga de neutro, lo que dispara las protecciones diferenciales en los tableros. Se optó por un control de nivel a través del tanque de expansión.
o Termostato: cuenta con un termostato mecánico para el control de temperatura, en mal estado que debe ser reemplazado.
o Presostato: si bien la caldera trabaja a presión atmosférica, con un pescante que comunica la parte superior de la misma con la atmósfera a fin de evitar la formación de burbujas de vapor, se instaló un presostato a fin de asegurar que no se genere presión interna superior a las capacidades nominales de la caldera.
o Controlador Honeywell Satronic: el encendido de la caldera se realiza mediante un controlador Satronic. Debe decirse que todos los componentes de control de la caldera, son los originales, no hay piezas nuevas, incluyendo las electroválvulas. El estado de cableado no es el recomendable y tampoco la presentación general de la instalación eléctrica.
o Control de llama mediante un sensor ultravioleta Satronic UVZ 780.
- El control de ingreso de aire se realiza mediante un actuador ON/OFF que acciona una válvula mariposa para el ingreso de gas principal y a la vez una clapeta para el ingreso de aire al quemador.
Dado que el actuador de la válvula de gas/aire principal no funciona correctamente, luego de encender la llama piloto y accionarse las válvulas principales, se sopla la llama y la caldera se apaga. Por este motivo se ha procedido a la desconexión del actuador y a la regulación manual de aire a un punto medio en el cual la llama piloto se mantiene encendida y al accionar la válvula principal de gas también.
1.1. PROBLEMAS
La caldera comenzó a arrojar problemas desde el comienzo, sobre todo en la secuencia de arranque controlada por Satronic. Al comenzar el ciclo el mismo se interrumpía de manera aleatoria. La válvula modulante de aire no funcionaba.
2. PROGRAMACIÓN DEL REGULADOR DE TEMPERATURA
A fin de salir de agobiante situación que genera la inestabilidad de la caldera, se ha procedido al armado “provisorio” de un automatismo independiente empleando un controlador de temperatura marca Novus modelo N480D (también se disponía de un Novus N1200). La principal ventaja de este controlado es que trabaja con 220Vca, sin ser necesario un transformador para ajustar tensiones.
Se realizará un control ON/OFF. Se fija el setpoint (SP) en 90ºC (el agua hierve a 95ºC en Chilecito por estar a 1100msnm) y una histéresis de 5ºC, por tanto, la caldera encenderá cuando la temperatura baje a 85ºC.
Para la medición de la temperatura utilizaremos un sensor Pt100 directamente conectado al controlador (se cuenta también con la opción de un transmisor de corriente de 4-20mA, pero no se va a usar).
Dado que no se cuenta con control de llama se han tomado dos decisiones importantes:
- El ventilador del quemador permanece encendido de manera permanente, no siendo controlado suencendido mediante el automatismo. Esto permite que, si existe una fuga gas, la misma es ventilada hacia la atmósfera, evitando así que se estancara dentro de la caldera. Sería prudente la colocación de un contacto auxiliar NA en el guardamotor, a fin de que, si este se acciona, el automatismo no pueda funcionar, sin embargo, no se dispone de tal contacto auxiliar.
La caldera comenzó a arrojar problemas desde el comienzo, sobre todo en la secuencia de arranque controlada por Satronic. Al comenzar el ciclo el mismo se interrumpía de manera aleatoria. La válvula modulante de aire no funcionaba.
2. PROGRAMACIÓN DEL REGULADOR DE TEMPERATURA
A fin de salir de agobiante situación que genera la inestabilidad de la caldera, se ha procedido al armado “provisorio” de un automatismo independiente empleando un controlador de temperatura marca Novus modelo N480D (también se disponía de un Novus N1200). La principal ventaja de este controlado es que trabaja con 220Vca, sin ser necesario un transformador para ajustar tensiones.
Se realizará un control ON/OFF. Se fija el setpoint (SP) en 90ºC (el agua hierve a 95ºC en Chilecito por estar a 1100msnm) y una histéresis de 5ºC, por tanto, la caldera encenderá cuando la temperatura baje a 85ºC.
Para la medición de la temperatura utilizaremos un sensor Pt100 directamente conectado al controlador (se cuenta también con la opción de un transmisor de corriente de 4-20mA, pero no se va a usar).
Dado que no se cuenta con control de llama se han tomado dos decisiones importantes:
- El ventilador del quemador permanece encendido de manera permanente, no siendo controlado suencendido mediante el automatismo. Esto permite que, si existe una fuga gas, la misma es ventilada hacia la atmósfera, evitando así que se estancara dentro de la caldera. Sería prudente la colocación de un contacto auxiliar NA en el guardamotor, a fin de que, si este se acciona, el automatismo no pueda funcionar, sin embargo, no se dispone de tal contacto auxiliar.
- Se ha configurado una alarma que se disparará cuando la temperatura baje a 80ºC, lo cual indicará que la llama no ha encendido y se está arrojando gas sin quemar.
Los parámetros se han agrupado en “niveles” a los cuales se accede en este controlador manteniendo presionada la tecla “P” (en el Novus N1200 es con la tecla “P” + “<” al mismo tiempo durante un par de segundos). Los distintos niveles irán pasando por la pantalla. Soltar la tecla cuando se alcance el nivel.
A continuación se describe la parametrización del mismo.
- NIVEL DE ENTRADA:
o Tipo de entrada (Type): Pt100
o Punto decimal (dP.Po): 0.0, le damos precisión de un digito decimal.
o Unidad de temperatura (unit): ºC
o Acción de control (Act): rE, ponemos “acción inversa”, esto se usa para control de calor (para frío se usa acción directa). Esto es, cuando la temperatura baja de determinado valor (setpoint - histéresis) el control actúa. En pocas palabras, el tipo de acción determina la ubicación de la histéresis, quedando por debajo del setpoint cuando la acción es inversa y por encima cuando es directa. Cuando el control es PID, se piensa de la siguiente manera: la acción es directa cuando la variable de control aumenta y la acción se aumenta, por ejemplo, aumenta la temperatura en una cámara de congelado y se aumenta la velocidad del compresor para bajar la temperatura. La acción es inversa cuando tenemos que mantener la temperatura del agua, si baja se aumenta la corriente por una resistencia para aumentar la temperatura.
o OUTA: configuramos la salida a relé A como salida de control, que trabajará sobre el quemador. Por tanto, ponemos este parámetro en “Ctrl”.
o OUTB: configuramos la salida a relé B como salida de alarma 1 (AL1).
o Límite inferior del setpoint (SPLL): lo fijamos en 60ºC.
o Límite superior del setpoint (SPHL): lo fijamos en 90ºC. No se recomienda mayor temperatura para evitar la formación de vapor.
o Función de alarma 1: en la tabla 4 del manual vemos que debemos poner este parámetro en “Lo” para que la alarma suene cuando la temperatura está por debajo de un determinado valor.
o Histéresis de alarma 1 (A1Hy): se fija en 3ºC. Cuando la temperatura alcanza los 80ºC suena la alarma y recién deja de sonar superados los 83ºC.
o Bloqueo inicial de alarma 1 (A1bl): se configura como “yes”. Esto evita que la alarma suene mientras la temperatura de la caldera está en el proceso inicial de alcanzar el SP. De otro modo, hasta alcanzar los 80ºC la alarma estaría sonando.
- NIVEL DE SINTONÍA:
o Banda proporcional (Pb): ponemos en 0 para que funcione como controlador ON/OFF.
o Histéresis de control (Hyst): 5ºC
o Setpoint de alarma 1 (A1SP): 80ºC
NOTA: el controlador permite carga un PROGRAMA, esto es una determinada receta de cocción. Por ejemplo, si se tratara de un digestor, se puede configurar la rampa de calentamiento, la meseta durante la cual la temperatura se mantienen constante y la rampa de descenso de temperatura.
3. FUNCIONAMIENTO
El automatismo funciona de la siguiente manera.
1) Se enciende el ventilador del quemador.
2) Se enciende el automatismo con el agua de la caldera a temperatura ambiente. Como se ha bloqueado inicialmente la alarma la misma no sonará. Dado que la temperatura está por debajo del setpoint comenzará el ciclo de encendido de la caldera.
3) El controlador envía encender la caldera. En este punto comienza una secuencia:
a. Se energiza el contactor 1 que habilita el gas piloto y la bobina de ignición y enciende la llama piloto.
b. A los 6 segundos se energiza el contador 2 que habilita el gas principal y la llama principal enciende.
c. A los 6 segundos se quita energía la bobina de ignición a fin de evitar quemarla.
4) Cuando la temperatura del agua alcance los 90º se habrá alcanzado el setpoint y el controlador envía a apagar la caldera, sin embargo, el ventilador seguirá encendido barriendo gases.
5) Cuando la temperatura baje -5ºC, es decir, que alcance los 85ºC el controlador hace que el automatismo comience nuevamente el encendido de la caldera.
6) Si la llama no ha encendido la temperatura continuará descendiendo. El gas estará siendo venteado a la atmósfera por el ventilador.
7) Cuando la temperatura alcance los 80ºC se disparará la alarma para notificar el inconveniente. Solo cuando la temperatura alcance los 83ºC, la alarma dejará de sonar ya que se establecieron 3ºC de histéresis.
Los parámetros se han agrupado en “niveles” a los cuales se accede en este controlador manteniendo presionada la tecla “P” (en el Novus N1200 es con la tecla “P” + “<” al mismo tiempo durante un par de segundos). Los distintos niveles irán pasando por la pantalla. Soltar la tecla cuando se alcance el nivel.
A continuación se describe la parametrización del mismo.
- NIVEL DE ENTRADA:
o Tipo de entrada (Type): Pt100
o Punto decimal (dP.Po): 0.0, le damos precisión de un digito decimal.
o Unidad de temperatura (unit): ºC
o Acción de control (Act): rE, ponemos “acción inversa”, esto se usa para control de calor (para frío se usa acción directa). Esto es, cuando la temperatura baja de determinado valor (setpoint - histéresis) el control actúa. En pocas palabras, el tipo de acción determina la ubicación de la histéresis, quedando por debajo del setpoint cuando la acción es inversa y por encima cuando es directa. Cuando el control es PID, se piensa de la siguiente manera: la acción es directa cuando la variable de control aumenta y la acción se aumenta, por ejemplo, aumenta la temperatura en una cámara de congelado y se aumenta la velocidad del compresor para bajar la temperatura. La acción es inversa cuando tenemos que mantener la temperatura del agua, si baja se aumenta la corriente por una resistencia para aumentar la temperatura.
o OUTA: configuramos la salida a relé A como salida de control, que trabajará sobre el quemador. Por tanto, ponemos este parámetro en “Ctrl”.
o OUTB: configuramos la salida a relé B como salida de alarma 1 (AL1).
o Límite inferior del setpoint (SPLL): lo fijamos en 60ºC.
o Límite superior del setpoint (SPHL): lo fijamos en 90ºC. No se recomienda mayor temperatura para evitar la formación de vapor.
o Función de alarma 1: en la tabla 4 del manual vemos que debemos poner este parámetro en “Lo” para que la alarma suene cuando la temperatura está por debajo de un determinado valor.
o Histéresis de alarma 1 (A1Hy): se fija en 3ºC. Cuando la temperatura alcanza los 80ºC suena la alarma y recién deja de sonar superados los 83ºC.
o Bloqueo inicial de alarma 1 (A1bl): se configura como “yes”. Esto evita que la alarma suene mientras la temperatura de la caldera está en el proceso inicial de alcanzar el SP. De otro modo, hasta alcanzar los 80ºC la alarma estaría sonando.
- NIVEL DE SINTONÍA:
o Banda proporcional (Pb): ponemos en 0 para que funcione como controlador ON/OFF.
o Histéresis de control (Hyst): 5ºC
o Setpoint de alarma 1 (A1SP): 80ºC
NOTA: el controlador permite carga un PROGRAMA, esto es una determinada receta de cocción. Por ejemplo, si se tratara de un digestor, se puede configurar la rampa de calentamiento, la meseta durante la cual la temperatura se mantienen constante y la rampa de descenso de temperatura.
3. FUNCIONAMIENTO
El automatismo funciona de la siguiente manera.
1) Se enciende el ventilador del quemador.
2) Se enciende el automatismo con el agua de la caldera a temperatura ambiente. Como se ha bloqueado inicialmente la alarma la misma no sonará. Dado que la temperatura está por debajo del setpoint comenzará el ciclo de encendido de la caldera.
3) El controlador envía encender la caldera. En este punto comienza una secuencia:
a. Se energiza el contactor 1 que habilita el gas piloto y la bobina de ignición y enciende la llama piloto.
b. A los 6 segundos se energiza el contador 2 que habilita el gas principal y la llama principal enciende.
c. A los 6 segundos se quita energía la bobina de ignición a fin de evitar quemarla.
4) Cuando la temperatura del agua alcance los 90º se habrá alcanzado el setpoint y el controlador envía a apagar la caldera, sin embargo, el ventilador seguirá encendido barriendo gases.
5) Cuando la temperatura baje -5ºC, es decir, que alcance los 85ºC el controlador hace que el automatismo comience nuevamente el encendido de la caldera.
6) Si la llama no ha encendido la temperatura continuará descendiendo. El gas estará siendo venteado a la atmósfera por el ventilador.
7) Cuando la temperatura alcance los 80ºC se disparará la alarma para notificar el inconveniente. Solo cuando la temperatura alcance los 83ºC, la alarma dejará de sonar ya que se establecieron 3ºC de histéresis.
En una segunda etapa, junto a Luciano Ledesma, se han incorporado las siguientes mejoras:
- Se montó todo dento de un gabinete estanco.
- Alarma sonora, que emite un sonido cuando la temperatura desciende por debajo de 75ºC y corta cuando la misma sube por encima de 78ºC.
- Enclavamiento de encendido que evita el reinicio automatico luego de un corte y rehabilitación de energía.
- Se ha colocado un guardamotor para el motor de ventilador, puesto que trabajaba con un relevo térmico propio del tablero de la caldera y este no funcionaba correctamente.
- Se colocó luz piloto para indicar el tiempo en el que el transformador de ignición está aportando chispa.
- Termostato. Se reutilizó el termostato Novus N321 configurándolo como protección de sobre tempertura. Este termostato controla la temperatura de retorno. Si la temperatura de retorno es de 82ºC, la caldera debe apagarse para evitar la formación de vapor. Solo cuando la temperatura descienda 5ºC, es decir, a 77ºC, se podrá rehabilitar. Esto resuelve problemas como olvidarse el encendido de las bombas de reciculación, lo cual genera sobre temperatura en los estratos altos de agua. También resuelve problemas en la medición de la PT100 de impulsión, ya que si la misma deja de funcionar (como ha sucedido) y acusa menor temperatura, este termostato, al sensar de manera independiente, dispará el apagado de la caldera. El operario deberá reiniciarla para poder operar nuevamente.
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