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 EL CONTROL DEL SISTEMA HTF

 

Todos los instrumentos de caudal, presión, temperatura y nivel sirven para alimentar controladores locales, interruptores de seguridad, o envían datos al sistema de control de la planta para que, a partir de esta información, el sistema envía una serie de señales a equipos actuadores para realizar determinadas funciones.

tanques de expansion

Este artículo es un extracto del capítulo 11 del libro SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES.

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Por desgracia, el sistema de control de las centrales termosolares aún no está suficientemente desarrollado, por lo que a nivel global el sistema adolece de falta de integración entre los diferentes sistemas que engloba la planta (campo solar, ciclo agua-vapor, sistemas auxiliares, sistema de alta tensión y turbina de vapor). El sistema HTF no tiene un control propiamente dicho, sino que parte de sus funciones las realiza el sistema de control del campo solar y otra parte el sistema de control del bloque de potencia, dedicado este último mayoritariamente al control de los parámetros de ciclo agua-vapor.

Los lazos de control más importantes del sistema HTF se indican a continuación.

 

El control del HTF en el campo solar

El control del HTF en el campo solar tiene un objetivo fundamental: cada sector en que se divide el campo solar debe ser capaz de proporcionar a su salida la máxima temperatura de trabajo (unos 393ºC). Para ello, el sensor de temperatura colocado a la salida de cada subcampo es fundamental en el control de temperatura del HTF, ya que será el que informará al control del campo solar sobre si se está alcanzando o no la temperatura deseada . Será fundamental que este sensor esté perfectamente verificado y calibrado, por lo que su frecuencia de inspección normalmente es mayor que el resto de sensores de temperatura del campo solar. 

En caso de que la temperatura media que circula por el colector que recoge el HTF caliente de un subcampo descienda del valor esperado (normalmente 393 ºC), el sistema dará orden al variador de las bombas de HTF para que disminuyan su velocidad, de manera que el HTF atraviese más lentamente el campo. Se conseguirá así la máxima temperatura nuevamente, pero el caudal lógicamente disminuirá. También lo hará por consiguiente la energía transportada desde el campo solar hasta el bloque de potencia. 

Si la temperatura continua descendiendo llegará un momento en que el flujo de HTF a través de los lazos sea inferior a un valor determinado. Así, si la velocidad de paso del fluido por los tubos absorbedores desciende de 0,8 m/s una parte del fluido se moverá con flujo laminar, por lo que independientemente de la temperatura media que alcance el fluido, la temperatura máxima que alcanzará en las paredes del tubo será demasiado alta y provocará la degradación acelerada del fluido por cracking. Por ello, cuando la velocidad del fluido sea demasiado baja provocada por una baja radiación que obligue a que las bombas giren mas lentamente, los módulos de captación de radiación solar se desenfocarán, y la planta terminará parando unos minutos más tarde por seguridad.

Si en cambio la temperatura del HTF empieza a aumentar, la primera decisión que tomará el sistema de HTF será aumentar la velocidad de las bombas, para que el fluido pase menos tiempo en los tubos y los atraviese más rápidamente. Cuando las condiciones de radiación sean excelentes, y las bombas hayan alcanzado su máxima velocidad y por tanto su máximo caudal, el último colector de cada lazo deberá desenfocarse parcialmente, para evitar que la radiación termine elevando la temperatura del HTF por encima de la de consigna. En condiciones especialmente favorables, y dependiendo del número de lazos con el que cuente la planta, este punto se alcanzará antes o después. 

Así, para centrales CCP de 50 MW eléctricos que cuenten con más de 110 lazos, ese punto se alcanza normalmente cuando la radiación normal corregida que llega a los módulos de captación supera los 550 W/m2, lo que sucede más de 500 horas al año. En plantas con un número inferior de lazos, unos 100, ese punto en el que es necesario realizar desenfoques ocurre cuando la radiación supera los 650 W/m2 aproximadamente. 

El lazo de control de temperatura del campo solar es sin duda el más importante de los lazos de control del sistema HTF.

 

El control de nivel en tanques de expansión

El segundo lazo de control importante del sistema HTF es el control del nivel del tanque de expansión. Cuando el fluido se calienta, aumenta de nivel de forma espontánea, por la dilatación del fluido. Para mantenerlo, el sistema de control abre los drenajes que conducen el HTF hacia los tanques de rebose, si el sistema dispone de ellos. 

Cuando el HTF se enfría, ocurre lo contrario: pierden nivel por contracción. Para mantenerlo, se recircula HTF desde los tanques de rebose (si el sistema dispone de ellos) hasta el tanque de expansión. 

Paralelamente, la presión de nitrógeno también varía, y un nuevo lazo de control debe ventear o añadir nitrógeno para mantener la presión del tanque en el valor de consigna (unos 11 bares, normalmente).

 

El control del caudal de HTF en caldera auxiliar

Los parámetros que el sistema debe mantener a su paso por la caldera son la temperatura y el caudal. Si la temperatura es demasiado alta, el sistema de control debe aumentar el caudal, hasta que la temperatura a la salida de la caldera sea la deseada. Si en cambio es demasiado baja, debe hacer lo contrario, disminuir el caudal de circulación.

El aumento o disminución del caudal puede hacer de dos formas: variando la velocidad de las bombas, o variando la apertura de la válvula de control situada a la entrada de la caldera.

La caldera cuenta normalmente con su propio sistema de control que garantiza sobre todo la seguridad. También garantiza que la cantidad de gas natural que entra en los quemadores está en relación a la cantidad de HTF que circula, por lo que los caudalímetros de caldera (HTF y gas natural) son elementos especialmente importantes. 

 

El control del sistema de eliminación de productos de degradación

El control del sistema de eliminación de productos de degradación es complejo, y está normalmente integrado en el sistema de control del bloque de potencia excepto en los casos que constituye una planta paquete. Deben controlarse múltiples parámetros que garantizan que las presiones y temperaturas son las adecuadas para que se produzcan las sucesivas condensaciones y evaporaciones.

También dispone de varios lazos de control de nivel para asegurar que el nivel en reactores y en depósitos finales es el correcto. 

 

El control de caudal de HTF en el tren de generación de vapor

Por último, el sistema de control debe conocer, registrar y controlar el flujo de HTF que circula por cada uno de los intercambiadores del tren de generación de vapor. En este caso, normalmente no se realiza control de caudal por cada intercambiador, sino apertura y cierre de válvulas que permiten que el HTF atraviese cada uno de ellos en el momento en que se requiere, y que impida su paso cuando así se necesita. 

portada libro sistema htf

INDICE DETALLADO DEL CAPITULO 11

 

11. INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL SISTEMA HTF 

11.1 LA MEDICIÓN DEL CAUDAL 

11.1.1 Medición de caudal en fluidos 

11.1.2 La función de los caudalímetros 

11.1.3 Principio de funcionamiento general de caudalímetros 

11.1.4 Factores que influyen en la medición de caudal 

11.1.5 Tipos de caudalímetros 

11.1.6 Caudalímetros empleados en centrales termosolares 

11.1.7 La dificultad en la medida del caudal de HTF 

11.2 MEDICIÓN DE TEMPERATURA 

11.2.1 Indicadores visuales 

11.2.2 Los termopares 

11.2.3 Las termorresistencias (RTD) 

11.2.4 Puntos de medida de la temperatura en el circuito 

11.3 MEDICIÓN DE PRESIÓN 

11.3.1 Instrumentos locales: el tubo bourdon 

11.3.2 Transmisores de presión electromecánicos 

11.3.3 Medida de la presión en el sistema HTF 

11.4 MEDICIÓN DE NIVEL 

11.4.1 Medidores de flotador 

11.4.2 Transmisores de nivel de presión diferencial 

11.4.3 Equipos con transmisores de nivel 

11.5 EL CONTROL DEL SISTEMA HTF 

11.5.1 El control del HTF en el campo solar 

11.5.2 El control de nivel en tanques de expansión 

11.5.3 El control del caudal de HTF en caldera auxiliar 

11.5.4 El control del sist. de eliminación de prod. de degradación 

11.5.5 El control de caudal de HTF en el tren de generación de vapor 

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