Activida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> investigación8Mo<strong>de</strong>lado <strong>de</strong> la plantaEl mo<strong>de</strong>lado <strong>de</strong>l sistema se <strong>de</strong>sarrolla a partir <strong>de</strong> la metodología planteada <strong>en</strong> la literatura por Lo, Ng y Trecat(Lo K. L. et al., 1997). Se <strong>el</strong>ige <strong>el</strong> <strong>el</strong>em<strong>en</strong>to a mo<strong>de</strong>lar y se buscan todos los <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos que se r<strong>el</strong>acionanfuncionalm<strong>en</strong>te con él y una vez i<strong>de</strong>ntificados, se interconectan mediante la red <strong>de</strong> Petri, respetando lasr<strong>el</strong>aciones causales exist<strong>en</strong>tes.Los lugares se toman como los <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos interconectados y son marcados <strong>en</strong> caso <strong>de</strong> que dicho <strong>el</strong>em<strong>en</strong>toesté <strong>en</strong> operación. El disparo <strong>de</strong> las transiciones <strong>de</strong>p<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> la condición <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> tok<strong>en</strong>s <strong>en</strong> suslugares <strong>de</strong> <strong>en</strong>trada; para fines <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>lado, se busca t<strong>en</strong>er uno lo más simple posible, ya que <strong>el</strong> principalinterés <strong>en</strong> esta etapa es <strong>de</strong>finir la r<strong>el</strong>ación <strong>de</strong>l <strong>el</strong>em<strong>en</strong>to a mo<strong>de</strong>lar, con otros <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> la planta.Se <strong>el</strong>igieron como caso <strong>de</strong> estudio los sigui<strong>en</strong>tes <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos:• precal<strong>en</strong>tador reg<strong>en</strong>erativo norte• pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> aguaDe los compon<strong>en</strong>tes <strong>el</strong>egidos, uno pert<strong>en</strong>ece al sistema aire – gases (precal<strong>en</strong>tador reg<strong>en</strong>erativo norte)y otro al sistema <strong>de</strong> control <strong>de</strong> temperatura <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> sobrecal<strong>en</strong>tado y recal<strong>en</strong>tado (pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> agua). Se<strong>el</strong>igieron estos <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos, dado que son primordiales <strong>en</strong> la operación <strong>de</strong>l g<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> y <strong>en</strong> caso <strong>de</strong>que pres<strong>en</strong>t<strong>en</strong> una falla, las consecu<strong>en</strong>cias pue<strong>de</strong>n llegar hasta <strong>el</strong> paro <strong>de</strong> la planta.Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong>l precal<strong>en</strong>tador reg<strong>en</strong>erativo norteLos gases producto <strong>de</strong> la combustión aún conti<strong>en</strong><strong>en</strong> <strong>en</strong>ergía, la cual pue<strong>de</strong> aprovecharse <strong>de</strong> la sigui<strong>en</strong>te forma (ComisiónFe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> Electricidad, 1997):• Disminuy<strong>en</strong>do la temperatura <strong>de</strong> gases: por cada 30 o C, la efici<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la cal<strong>de</strong>ra se increm<strong>en</strong>ta <strong>en</strong> un 2.5 %• Aum<strong>en</strong>tando la temperatura <strong>de</strong>l aire: por cada 38 o C, la efici<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la cal<strong>de</strong>ra se increm<strong>en</strong>ta cerca <strong>de</strong>l 2%Las funciones anteriores se consigu<strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> precal<strong>en</strong>tador <strong>de</strong> aire reg<strong>en</strong>erativo (tipo Ljungstrom), don<strong>de</strong> <strong>el</strong> calor es transferidoindirectam<strong>en</strong>te <strong>de</strong> los gases al aire, a través <strong>de</strong> <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos metálicos <strong>de</strong> alta efici<strong>en</strong>cia térmica agrupados <strong>en</strong> paquetes (canastas).Estos <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos giran l<strong>en</strong>tam<strong>en</strong>te, por lo que absorb<strong>en</strong> <strong>el</strong> calor <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> gases a su paso y posteriorm<strong>en</strong>te ce<strong>de</strong>n<strong>el</strong> calor al pasar por <strong>el</strong> ducto <strong>de</strong> aire. El ciclo se repite continuam<strong>en</strong>te.La planta cu<strong>en</strong>ta con dos precal<strong>en</strong>tadores reg<strong>en</strong>erativos <strong>de</strong> aire (norte y sur), cada uno <strong>de</strong> <strong>el</strong>los <strong>de</strong>l 50% <strong>de</strong> capacidad, son <strong>de</strong>eje horizontal, por lo que <strong>el</strong> flujo <strong>de</strong> aire pasa por la parte inferior y <strong>el</strong> flujo <strong>de</strong> gases por la parte superior. Cada precal<strong>en</strong>tadorcu<strong>en</strong>ta con los sigui<strong>en</strong>tes compon<strong>en</strong>tes (Comisión Fe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> Electricidad, 1997):S<strong>el</strong>los mecánicos. Aun cuando los flujos <strong>de</strong> aire y gases están separados para evitar <strong>el</strong> contacto <strong>en</strong>tre <strong>el</strong>los, no se pue<strong>de</strong>evitar que <strong>el</strong> aire, por su mayor presión, se filtre hacia <strong>el</strong> lado <strong>de</strong> los gases. Esto provoca que la carga <strong>en</strong> los v<strong>en</strong>tiladores <strong>de</strong>tiro forzado aum<strong>en</strong>te significativam<strong>en</strong>te. Para contrarrestar lo anterior, se cu<strong>en</strong>ta con s<strong>el</strong>los mecánicos <strong>en</strong> los espacios don<strong>de</strong>pue<strong>de</strong>n ocurrir filtraciones.Motor <strong>el</strong>éctrico. El precal<strong>en</strong>tador es puesto <strong>en</strong> operación por un motor <strong>el</strong>éctrico <strong>de</strong> 480 V. Mediante un reductor <strong>de</strong> <strong>en</strong>granesy una cremallera, <strong>el</strong> precal<strong>en</strong>tador es girado a una v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong> 480 RPM, la cual <strong>de</strong>be mant<strong>en</strong>erse siempre que la cal<strong>de</strong>raesté <strong>en</strong>c<strong>en</strong>dida, o <strong>en</strong> caso <strong>de</strong> paro, mi<strong>en</strong>tras la parte más cali<strong>en</strong>te <strong>de</strong>l precal<strong>en</strong>tador (<strong>en</strong>trada <strong>de</strong> gases) esté arriba <strong>de</strong> 150 o C.El precal<strong>en</strong>tador pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>t<strong>en</strong>ido sólo por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> esta temperatura, para prev<strong>en</strong>ir <strong>de</strong>formaciones <strong>en</strong> sus <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos yposibles inc<strong>en</strong>dios <strong>de</strong>bido a <strong>de</strong>pósitos <strong>de</strong> combustible acumulado.Turbineta neumática. Otro medio <strong>de</strong> accionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l precal<strong>en</strong>tador reg<strong>en</strong>erativo es una turbineta neumática, la cualasegura <strong>el</strong> giro continuo, aun si la pot<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l motor <strong>el</strong>éctrico se susp<strong>en</strong><strong>de</strong> o por falla <strong>de</strong>l mismo. También se utiliza paracontrolar la v<strong>el</strong>ocidad <strong>de</strong>l precal<strong>en</strong>tador durante un lavado <strong>de</strong> la superficie <strong>de</strong> cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to.Las señales <strong>de</strong> interés para <strong>el</strong> precal<strong>en</strong>tador reg<strong>en</strong>erativo son <strong>el</strong> amperaje <strong>de</strong> su motor, las temperaturas <strong>de</strong> aire y gases a susalida y la turbina <strong>de</strong>l precal<strong>en</strong>tador. El efecto que pres<strong>en</strong>ta <strong>en</strong> otros <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> la planta es mínimo, por lo que no se consi<strong>de</strong>raranotros <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos para <strong>el</strong> mo<strong>de</strong>lado.
9 Boletín IIE, <strong>en</strong>ero-marzo <strong>de</strong>l 2007Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> aguaLos tubos <strong>de</strong> pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> agua son los que conforman <strong>el</strong> hogar. Su función es la <strong>de</strong> absorber <strong>el</strong> calor radiante<strong>de</strong> la combustión y transmitirlo al agua.El agua sale <strong>de</strong>l domo inferior, subi<strong>en</strong>do verticalm<strong>en</strong>te por las pare<strong>de</strong>s. En su paso por éstas, parte <strong>de</strong>l aguacambia <strong>de</strong> estado líquido a <strong>vapor</strong>, formándose así una mezcla agua–<strong>vapor</strong>, la cual llega a unos cabezalessuperiores y ahí es dirigida hacia <strong>el</strong> domo superior, llegando por la parte superior <strong>de</strong>l mismo. En <strong>el</strong> domosuperior, <strong>el</strong> agua es separada <strong>de</strong>l <strong>vapor</strong>.Las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> agua pres<strong>en</strong>tan una estrecha r<strong>el</strong>ación funcional con <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>alim<strong>en</strong>tación.Fallas críticas <strong>en</strong> la operación <strong>de</strong>l g<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong>Fallas r<strong>el</strong>acionadas con <strong>el</strong> control <strong>de</strong> la combustiónEl control <strong>de</strong> la combustión ti<strong>en</strong>e por objeto controlar la mezcla <strong>de</strong> aire–combustible <strong>en</strong> <strong>el</strong> hogar <strong>en</strong> formasegura y efici<strong>en</strong>te, mant<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do <strong>el</strong> equilibrio <strong>en</strong>tre <strong>el</strong> calor g<strong>en</strong>erado y la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong> <strong>vapor</strong>, para obt<strong>en</strong>eruna salida <strong>de</strong> presión <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> controlada. Una alta efici<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la combustión se logra con <strong>el</strong> exceso <strong>de</strong>aire a<strong>de</strong>cuado, para quemar la cantidad necesaria <strong>de</strong> combustible para cada quemador. Otro factor queinfluye <strong>en</strong> la efici<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> un g<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong>, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la bu<strong>en</strong>a combustión, es la disminución <strong>de</strong>temperatura <strong>de</strong> los gases <strong>de</strong> la salida por la chim<strong>en</strong>ea, pero esta disminución se verá restringida por la corrosiónque provoca la baja temperatura <strong>de</strong> los gases con alto cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> azufre, afectando a los cal<strong>en</strong>tadores<strong>de</strong> aire reg<strong>en</strong>erativo, los cuales <strong>en</strong> estas condiciones se <strong>de</strong>terioran, <strong>en</strong>vejeci<strong>en</strong>do prematuram<strong>en</strong>tepor la corrosión. Con <strong>el</strong> control <strong>de</strong> la combustión <strong>en</strong> automático, se obti<strong>en</strong><strong>en</strong> respuestas rápidas a variaciones<strong>de</strong> los parámetros principales, con una <strong>de</strong>sviación mínima <strong>en</strong> la r<strong>el</strong>ación aire–combustible. Cuando <strong>el</strong>control <strong>de</strong> la combustión opera <strong>en</strong> modo manual es factible que la efici<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> la cal<strong>de</strong>ra disminuya, al nomant<strong>en</strong>er dicha r<strong>el</strong>ación <strong>en</strong> la cantidad a<strong>de</strong>cuada.R<strong>el</strong>ación <strong>de</strong>l sistema aire–gases y aceite combustible con otros sistemasSistema <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> circulación y <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> auxiliares. Este sistema se r<strong>el</strong>aciona mediante <strong>el</strong> suministrocontinuo <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to a los equipos auxiliares que requier<strong>en</strong>, por su diseño, <strong>de</strong> <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>tocon flujo <strong>de</strong> este líquido, como los <strong>en</strong>friadores auxiliares <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> servicios que <strong>en</strong>frían a la chumacera<strong>en</strong> <strong>el</strong> lado cali<strong>en</strong>te <strong>de</strong> los precal<strong>en</strong>tadores reg<strong>en</strong>erativos.Sistema <strong>el</strong>éctrico. La función principal <strong>de</strong>l sistema <strong>el</strong>éctrico es proporcionar la <strong>en</strong>ergía <strong>el</strong>éctrica a la mayoría<strong>de</strong> los equipos <strong>de</strong> la c<strong>en</strong>tral.Sistema <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> secundario (g<strong>en</strong>erador <strong>vapor</strong>-<strong>vapor</strong>). Este sistema suministra la cantidad necesaria <strong>de</strong> <strong>vapor</strong>para <strong>el</strong> cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l combustible, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> su manejo hasta llegar al quemador para su combustión,si<strong>en</strong>do los sigui<strong>en</strong>tes equipos los que alim<strong>en</strong>ta: cal<strong>en</strong>tador <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> almac<strong>en</strong>ami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> combustible;área <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga <strong>de</strong> carros tanque <strong>de</strong> ferrocarril; v<strong>en</strong>as <strong>de</strong> cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to; cal<strong>en</strong>tador <strong>de</strong>l tanque<strong>de</strong> día y cal<strong>en</strong>tadores principales <strong>de</strong> aceite combustible.Sistema cal<strong>de</strong>ra agua–<strong>vapor</strong>. El sistema aire–gases y aceite–combustible <strong>en</strong> conjunto suministran <strong>el</strong> calornecesario para e<strong>vapor</strong>ar parte <strong>de</strong>l agua que circula <strong>en</strong> las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l hogar, si<strong>en</strong>do una r<strong>el</strong>ación directa<strong>en</strong>tre estos sistemas.Sistema <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> sobrecal<strong>en</strong>tado y recal<strong>en</strong>tado. La combustión g<strong>en</strong>erada <strong>en</strong> <strong>el</strong> hogar <strong>de</strong>spr<strong>en</strong><strong>de</strong> una cantida<strong>de</strong>levada <strong>de</strong> <strong>en</strong>ergía <strong>en</strong> forma <strong>de</strong> calor radiante y gases cali<strong>en</strong>tes, afectando directam<strong>en</strong>te al <strong>vapor</strong>que circula por <strong>el</strong> sobrecal<strong>en</strong>tador y <strong>el</strong> recal<strong>en</strong>tador, cediéndoles gran parte <strong>de</strong> esta <strong>en</strong>ergía para lograr lascondiciones finales <strong>de</strong>l <strong>vapor</strong> principal y recal<strong>en</strong>tado.