Sistema de control óptimo de quemadores con el convertidor de bucle HART [referencia]

Cliente | HP Consulting, oficina de planificación para tecnología de medición, control y electrónica

Proyecto | Dosificación óptima del suministro de combustible mediante el uso del convertidor de bucle HART

Situación inicial

Los quemadores industriales se utilizan en multitud de sistemas, por ejemplo, en la fundición de sal, a fin de controlar la temperatura durante los procesos. Los quemadores se encienden con hidrógeno, que puede contener diferentes niveles de agua. Esto conlleva una fluctuación de los valores caloríficos, que a su vez afecta a la producción de manera negativa. Una solución nueva y eficaz en la que se emplea el convertidor de bucle HART de Pepperl+Fuchs demuestra cómo optimizar el sistema de dosificación del suministro de combustible mediante el uso de parámetros de proceso adicionales.

El control del quemador regula el suministro de combustible mediante una válvula de control, que suele disponer de un orificio para efectuar mediciones. En la mayoría de los casos, estas se basan en valores de temperatura y presión predeterminados. Si la cantidad de agua presente en el hidrógeno es demasiado alta, el valor térmico disminuye y la temperatura requerida para el proceso resulta demasiado baja. Si la cantidad de agua es demasiado baja, el quemador se sobrecalienta y la temperatura del proceso aumenta. El resultado en ambos casos es una eficacia que no resulta óptima.

La solución

HP Consulting ha desarrollado un método elegante y, sobre todo, asequible. Además de otras áreas de experiencia, la oficina de planificación para tecnología de medición, control y electrónica (con sede en Grenzach-Wyhlen, Alemania) se especializa en soluciones para sistemas de control de quemadores industriales y lleva más de 20 años en activo en todo el mundo.

El método que adopta HP Consulting se basa en la comunicación bidireccional entre dispositivos de campo y sistemas de host a través del protocolo HART. Para leer los valores digitales, HP Consulting utiliza el convertidor de bucle HART (HLC), desarrollado por Pepperl+Fuchs. Este es capaz de registrar hasta cuatro señales HART digitales, convertirlas en señales de corriente de entre 4 mA y 20 mA analógicas, y enviarlas al sistema principal, en este caso un PLC.

La variables de control adicionales que el convertidor de bucle HART recibe, además de la velocidad de flujo desde el dispositivo de campo compatible con HART, conforman la presión diferencial en las partes anterior y posterior del orificio, así como la presión absoluta y la temperatura del hidrógeno. Para la comunicación entre el HLC y el dispositivo de campo hay dos modos y topologías distintos disponibles. En el caso del sistema de control del quemador para sistemas de transferencia térmica (como se ha descrito anteriormente), el HLC, como fuente de alimentación del transmisor, se conecta en serie entre el dispositivo de campo y el sistema de control.

Una vez leídos los parámetros de proceso, el convertidor de bucle HART los convierte en señales de corriente analógicas y los pone a disposición del PLC. El valor térmico actual se calcula en función de estos datos y se usa para determinar la corrección que se necesita aplicar al volumen de dosificación de hidrógeno. La válvula de control se controla mediante la señal correspondiente. El HLC suministra alimentación al caudalímetro del campo.

"Las ventajas saltan a la vista"

Las experiencias de trabajo con la solución basada en HART han sido siempre positivas. "Las ventajas saltan a la vista", explica Henry Pelk, director ejecutivo de HP Consulting: "Ahorro de energía gracias a la eficacia del quemador y una puesta en marcha más rápida. Se reducen los costes de hardware gracias a las opciones digitales disponibles y al uso de la infraestructura de entre 4 mA y 20 mA". Puesto que el sistema se encuentra en una zona peligrosa, se recomienda reducir al mínimo el número de puntos de transferencia. Al implementar una solución mediante HART, basta con una conexión del HLC al PLC. La única alternativa a esta opción HART para determinar de manera precisa la cantidad de hidrógeno habría sido el uso de tres barreras aisladas individuales, lo que habría incrementado los costes.