Instrumentación y Filosofías de Operación y Control del Proceso de Aireación

Los ventiladores centrífugos son los equipos encargados de generar el suministro de aire necesario para la operación de la pila en las fajas basales y en la aireación intermedia de siete fajas del 4° nivel de la pila. Los parámetros que se controlan en estas unidades son los siguientes:

1) Caudal de aire en la salida del ventilador2) Temperatura del aire que se inyecta3) Temperatura y nivel de vibración en los descansos del motor eléctrico del ventilador4) Flujo, presión y temperatura del aire en el manifold principal de aireación5) Presión del flujo de aire en la entrada de los filtros del ventilador

Lógica de Control del Sistema de Aireación

Partida, Operación y Detención de Ventiladores

Partida (Start-Up)

Los ventiladores inician su funcionamiento uno a uno, en forma secuencial, mediante un comando de partida dado en la sala de control. Al iniciarse la operación del equipo, el dámper correspondiente debe permanecer inicialmente cerrado por un periodo de tiempo nunca superior al transiente de corriente que se genera en el motor durante su partida (8 a 10 segundos). Una vez finalizado el transiente de corriente, el dámper comienza a abrirse hasta un valor porcentual dentro del rango recomendado por el fabricante Alphair, según se indica en la Tabla 1. La apertura del dámper es escalonada, iniciándose con la primera posición de operación (25% de apertura, duración de 10 a 15 s). Luego la apertura se regula según la necesidad de flujo de aire, sin sobrepasar los valores máximos indicados en la Tabla 1.

(*) Cuando se opera sólo con un ventilador, la apertura del dámper respectivo no debe sobrepasar el 70%. Si se opera hasta con dos ventiladores la apertura máxima de los dámpers no debe ser superior al 80%. Si se opera con tres o cuatro ventiladores, la apertura máxima de los dámpers es 100%.

Para los cuatro ventiladores la partida se secuencia de la forma indicada, sin embargo según sea la cantidad de ventiladores operando sus respectivos dámpers operarán en concordancia unos con otros, como un único equipo. Un ventilador no iniciará su arranque mientras el dámper asociado no se encuentre cerrado, así mismo un dámper no se abrirá si su ventilador asociado no se encuentra operando.

Estas condiciones tienen por objetivo evitar sobrecargas en el motor del ventilador durante el arranque e impedir contraflujos de aire que inhabiliten la disponibilidad del equipo.

Operación

Durante la operación pueden estar funcionando simultáneamente 1, 2, 3 ó 4 ventiladores, lo cual dependerá de los requerimientos de flujo de aire que se definan para una faja determinada. Se fija un caudal de aire requerido para la estación de aireación y se habilita un número determinado de ventiladores y una apertura de dámpers para cubrir dicha demanda.

Detención (Shut-Down)

Los ventiladores se detienen también en forma secuencial. Cuando un ventilador comienza su proceso de parada, su respectivo dámper se desacopla del control único para todos los dámpers y actúa individualmente cerrándose con el objetivo de prevenir la generación de contraflujo de aire desde el manifold principal. Esta secuencia se repite para todos los ventiladores que están operando, es decir, se van deteniendo uno a uno. Aquellos ventiladores que aún están funcionando cuando los demás van parando, deben mantener su rango de operación dentro de los valores indicados en la Tabla 1.

Procesos de Control Automático

Control de Escalón sobre el Caudal de Aire a Inyectar

Los requerimientos de aire definen la cantidad de ventiladores que deben operar para sostener en el tiempo el flujo que se necesita. Este control es del tipo escalón y define rangos gruesos de operación dentro de los cuales se moverá el valor inicial o set-point esperado. Por lo tanto, este control de escalón permite un acercamiento preliminar al valor del caudal fijado.

Lazo de Control Cerrado sobre el Caudal de Aire a Inyectar

Para asegurar un control más fino sobre el valor de flujo requerido, se habilitará un lazo de control que module la apertura de los dámpers asociados a cada ventilador de manera de mantener el valor de flujo de aire requerido. Así, se podrá regular el valor objetivo esperado del caudal de aire para el conjunto de los cuatro ventiladores pertenecientes a la estación de aireación.

Monitoreo de Variables del Sistema de Aireación (Asociado a Control Automático)

Se podrá monitorear permanentemente el comportamiento de otras variables de operación asociadas al sistema de aireación mediante el uso de la instrumentación adecuada para cada caso. Los resultados de estos monitoreos son mostrados en pantalla y registrados en el sistema de control distribuido (DCS) de la Sala de Control. Estos registros permitirán analizar posibles mejoras en diversos aspectos de operación, mantención y proceso. En la Tabla 2 se muestran las variables monitoreadas en el sistema de aireación, funcionalidad, instrumentación asociada y lógica de control.

Variable Monitoreada Funcionalidad Instrumentación Nomenclatura Lógica de Control

Partida y detención de los ventiladores

Control de flujo de salida de aire

Apertura y cierre de dámpers desde la sala de control

Dámper de apertura y cierre mediante válvula mariposa

HV – HIC – HY

La apertura y cierre de los dámpers desde la DCS, regula el flujo de aire en la salida de los ventiladores. El control se lleva a cabo mediante una válvula manual que se acciona remotamente

Estado mecánico del ventilador

Medición de vibración descansos del motor

Transmisor indicador de vibración

VE – VT – VSHVSHH – VAH – VAHH

Si se detecta una vibración fuera de rango de operación en los descansos del motor, se envía una señal a la DCS y el motor se detiene para protegerlo.

Estado térmico del ventilador

Medición temperatura descansos del motor

Transmisor indicador de temperatura

TE – TI – TITTAH – TAHH

Si se detecta una temperatura fuera de rango en los descansos del motor se envía una señal a la DCS y el motor se detiene para protegerlo

Estado de presión, temperatura y flujo de aire en el manifold principal

Medición de presión, temperatura y flujo en el manifold principal

Transmisor indicador de presión.

Transmisor indicador de temperatura

Sensor de flujo tipo Annubar

PE – PI – PITTE – TI – TITFE – FI – FIT

Se mide la temperatura, la presión y el flujo de aire en la entrada del manifold principal. La temperatura debe estar entre 20 y 30 °C

Estado de los filtros de aire montados en la succión de cada ventilador

Medición de la presión de succión de cada ventilador

Transmisor indicador de presión

PE – PI – PIT - PAL

Un registro de presión baja indica obstrucción del filtro lo que implica detención del ventilador. El valor de -1 kPa genera una alerta (PAL) y el valor de o kPa genera alarma por obstrucción

Tabla 2 – Variables Monitoreadas en Sistema de Aireación

En la Tabla 3 se muestra el detalle de la nomenclatura de cada una de las variables señaladas en la Tabla 2.

Tabla 3 – Nomenclatura de Variables Asociadas al P&ID de Aireación

Por otra parte, en la Figura 1 se muestra la simbología típica para una faja con los sistemas de monitoreo y control del proceso de aireación (asociada al P&ID A1-M40035-6-3100-102).

En la Figura 2 se muestra la simbología típica para una faja con los sistemas de monitoreo y control del flujo de aire que ingresa al manifold principal (asociada al mismo P&ID anterior).

ControlDámpersSoplador

ControlPresiónFiltros

ControlVibraciónDescansos

ControlTemperatura

Descansos

Figura 1 – Simbología Típica de Instrumentación de Ventiladores

Control de Temperatura,

Presión y Flujo de Aire en Manifold

Principal

Figura 2 – Simbología Típica de Instrumentación de Manifold Principal