Sistema supervisor de una planta de vapor para la generación de energía eléctrica por medio de PLC
Date
1999
Authors
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Publisher
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Abstract
La presente investigación aplicada en ingeniería eléctrica y automatización industrial aborda el desarrollo de un esquema de supervisión basado en un Controlador Lógico Programable (PLC) para la sección turbina-generador de una planta termoeléctrica didáctica instalada en el Instituto Tecnológico de Puebla. El trabajo contextualiza la evolución histórica de la automatización fabril, originada en la necesidad de sustituir la mano de obra humana en faenas peligrosas y atmósferas nocivas caracterizadas por ruidos intensos, gases tóxicos y temperaturas extremas. Frente a los esquemas primitivos de lógica cableada —cuyos armarios repletos de relés, temporizadores y contadores tendían a una alta incidencia de averías, diagnósticos complejos y nula flexibilidad ante modificaciones operativas— y a la posterior sustitución parcial mediante compuertas lógicas integradas, la obra destaca la especificación técnica impulsada en 1968 por consorcios automotrices como Ford y General Motors, la cual dio origen a los autómatas programables como un puente eficiente entre los microcomputadores y el cableado físico para el control integral de procesos industriales.
En el orden técnico y metodológico, el proyecto se orienta a supervisar las variables críticas del ciclo termoeléctrico en la plataforma didáctica, la cual emula a escala el funcionamiento de una central comercial pero disipa su energía producida en un banco de resistencias en lugar de conectarse a la red eléctrica. La instalación experimental cuenta con una caldera Babcock Wanson con capacidad de vaporización de 210 kg-vapor/h y un consumo de combustible de 16.10 L/h, vinculada a una turbina de una sola etapa fabricada por Tuthill Corporation. El sistema de monitoreo diseñado sobre el PLC contempla cuatro magnitudes operativas fundamentales: flujo de vapor, presión del vapor, velocidad de rotación del rotor y amplitud de vibración de la turbina. Debido a que los transductores primarios no se encontraban acoplados físicamente a la instalación al momento del desarrollo, el procesamiento y la lógica de supervisión del sistema se verificaron de forma simulada mediante la excitación de las entradas digitales del autómata.
En el ámbito estructural y temático, el documento articula sus fundamentos preliminares entre el prefacio y el primer capítulo formal. Tras delimitar la génesis tecnológica del PLC frente a la lógica cableada en la sección introductoria, el primer capítulo expone el panorama de la generación de energía eléctrica en México, analizando los registros de la Comisión Federal de Electricidad al cierre de 1994 —cuando la capacidad instalada superaba los 31,600 MW, distribuida con un 54.02% en termoeléctricas de hidrocarburos, 28.8% hidroeléctricas, 6% carboeléctricas, 6.64% duales, 2.38% geotermoeléctricas, 2.13% nuclear y 0.01% eoloeléctrica—. Asimismo, este apartado detalla los componentes constitutivos de una central térmica convencional (suministro y molienda de combustible, caldera, chimeneas de dispersión de hasta 300 metros con precipitadores, torres de enfriamiento, etapas de turbinas de alta, media y baja presión, alternadores de 10,000 a 20,000 V, transformadores elevadores de 400,000 a 800,000 V y líneas de alta tensión de 220,000 a 380,000 V), para culminar con las especificaciones constructivas de la planta piloto del Instituto Tecnológico de Puebla.