Diseño de un control proporcional implementado en el sistema delta v para el módulo de turbinas Francis - Kaplan de la planta piloto en la Universidad Autónoma De Bucaramanga

Los sistemas de generación hidroeléctrica representaron un 64% de participación en el sistema interconectado colombiano durante el 2016 [1], resaltándose como la fuente de energía principal del país. Actualmente la generación hidroeléctrica se lleva a cabo a partir de centrales eléctricas de generac...

Full description

Autores:
Conde Jaimes, Emanuel Augusto
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2017
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1466
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/1466
Palabra clave:
Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB
Energy engineering
Automatic control
DeltaV (Process Control System)
Investigations
Analysis
Power plants
Technological advances
Hydric potential
Ingeniería en energía
Control automático
DeltaV (Sistema de control de procesos)
Investigaciones
Análisis
Centrales eléctricas
Avances tecnológicos
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description Los sistemas de generación hidroeléctrica representaron un 64% de participación en el sistema interconectado colombiano durante el 2016 [1], resaltándose como la fuente de energía principal del país. Actualmente la generación hidroeléctrica se lleva a cabo a partir de centrales eléctricas de generación mayor en cursos de agua principales, adicionalmente las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH) aportan energía a sectores fuera del sistema interconectado nacional (SIN). Los procesos de generación hidroeléctrica están estrechamente ligados a la regulación mediante técnicas avanzadas de control y a los avances en las tecnologías de aprovechamiento del potencial hídrico. Haciendo posible el aprovechamiento de este recurso, presente en gran parte del territorio nacional. La regulación de tensión y frecuencia en una central hidroeléctrica resulta en un sistema con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), no lineal. Durante el desarrollo de este trabajo se usó un módulo educativo, equipado con los componentes principales para emular el comportamiento de una central hidroeléctrica, estableciendo comunicaciones entre los dispositivos disponibles, proponiendo una estrategia de control que se ajuste al sistema y le proporcione estabilidad. Con este trabajo se busca aportar a la Universidad Autónoma de Bucaramanga un modelo basado en el comportamiento de una planta hidroeléctrica, partiendo de un sistema que expone los fenómenos involucrados, modificándolo para representar el comportamiento de una central hidroeléctrica, recopilando y enviando datos en tiempo real mediante el sistema de control distribuido DeltaV y evaluando su comportamiento al aplicar un lazo de control proporcional.
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Actualmente la generación hidroeléctrica se lleva a cabo a partir de centrales eléctricas de generación mayor en cursos de agua principales, adicionalmente las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH) aportan energía a sectores fuera del sistema interconectado nacional (SIN). Los procesos de generación hidroeléctrica están estrechamente ligados a la regulación mediante técnicas avanzadas de control y a los avances en las tecnologías de aprovechamiento del potencial hídrico. Haciendo posible el aprovechamiento de este recurso, presente en gran parte del territorio nacional. La regulación de tensión y frecuencia en una central hidroeléctrica resulta en un sistema con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), no lineal. Durante el desarrollo de este trabajo se usó un módulo educativo, equipado con los componentes principales para emular el comportamiento de una central hidroeléctrica, estableciendo comunicaciones entre los dispositivos disponibles, proponiendo una estrategia de control que se ajuste al sistema y le proporcione estabilidad. Con este trabajo se busca aportar a la Universidad Autónoma de Bucaramanga un modelo basado en el comportamiento de una planta hidroeléctrica, partiendo de un sistema que expone los fenómenos involucrados, modificándolo para representar el comportamiento de una central hidroeléctrica, recopilando y enviando datos en tiempo real mediante el sistema de control distribuido DeltaV y evaluando su comportamiento al aplicar un lazo de control proporcional.INTRODUCCIÓN 12 1 JUSTIFICACIÓN 13 2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 14 3 OBJETIVOS 14 3.1 OBJETIVO GENERAL 14 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 14 4 MARCO TEÓRICO 15 4.1 SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO EMERSON DELTAV 16 4.2 PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN 17 4.2.1 Comunicación Serial Modbus Rtu 17 4.2.2 Fundation Fieldbus 18 4.2.3 Profibus DP 18 4.3 TURBINAS HIDRÁULICAS 18 4.3.1 Turbinas Kaplan 19 4.3.2 Turbinas Francis 20 4.4 SISTEMA DE IMPULSIÓN 21 4.4.1 Motor de Inducción 21 4.4.2 Bombas Centrifugas 22 4.4.3 Variador de Frecuencia 22 4.5 CONTROL PROPORCIONAL, INTEGRAL Y DERIVATIVO (PID) 23 4.6 ANTESEDENTES ¡Error! Marcador no definido. 5 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 27 6 METODOLOGÍA 31 6.1 VERIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES DE CADA INSTRUMENTO Y SU ESTADO DE CALIBRACIÓN. 32 6.2 ESTABLECIMIENTO DEL ENLACE ENTRE DELTAV Y LOS INSTRUMENTOS 32 6.3 MODELADO DE LA PLANTA 33 6.3.1 Modelo de Turbinas 34 6.3.2 Modelo de la Bomba Centrifuga 40 6.4 EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA UNIDAD Y LAS SEÑALES. 43 6.5 PLANTEAMIENTO DE LA ESTRATEGIA DE CONTROL MÁS ADECUADA. 44 6.6 EVALUACIÓN DE LA RESPUESTA DE LA UNIDAD A LA ESTRATEGIA DE CONTROL. 46 7 MODELO E INTERFACE HUMANO MAQUINA (HMI) 50 7.1 PERFILES DE COMPORTAMIENTO 51 8 ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA DEL MODULO 54 8.1 PERFILES DE EFICIENCIA DEL MODULO 55 9 CONCLUSIONES 58 10 RECOMENDACIONES 59 BIBLIOGRAFÍA 60PregradoThe hydroelectric generation systems represented a 64% participation in the Colombian interconnected system during 2016 [1], standing out as the main source of energy in the country. Currently, hydroelectric generation is carried out from larger generation power plants in main water courses, additionally the Small Hydroelectric Power Plants (PCH) provide energy to sectors outside the national interconnected system (SIN). Hydroelectric generation processes are closely linked to regulation through advanced control techniques and to advances in technologies for the use of water potential. Making possible the use of this resource, present in a large part of the national territory. The regulation of voltage and frequency in a hydroelectric power plant results in a system with multiple inputs and multiple outputs (MIMO), not linear. During the development of this work, an educational module was used, equipped with the main components to emulate the behavior of a hydroelectric plant, establishing communications between the available devices, proposing a control strategy that adjusts to the system and provides stability. This work seeks to provide the Autonomous University of Bucaramanga with a model based on the behavior of a hydroelectric plant, based on a system that exposes the phenomena involved, modifying it to represent the behavior of a hydroelectric plant, collecting and sending data in real time using the DeltaV distributed control system and evaluating its behavior when applying a proportional control loop.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABEnergy engineeringAutomatic controlDeltaV (Process Control System)InvestigationsAnalysisPower plantsTechnological advancesHydric potentialIngeniería en energíaControl automáticoDeltaV (Sistema de control de procesos)InvestigacionesAnálisisCentrales eléctricasAvances tecnológicosPotencial hídricoDiseño de un control proporcional implementado en el sistema delta v para el módulo de turbinas Francis - Kaplan de la planta piloto en la Universidad Autónoma De BucaramangaDesign of a proportional control implemented in the delta v system for the Francis - Kaplan turbine module of the pilot plant at the Autonomous University of BucaramangaIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPConde Jaimes, Emanuel Augusto (2017). Diseño de un control proporcional implementando en el sistema DeltaV para el módulo de turbinas Francis-Kaplan de la planta piloto en la Universidad Autónoma de Bucaramanga. Bucaramanga (Santander, Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABMinisterio de minas y energia. (2016). Smart Grids Colombia visión 2030. Bogota D.C., Colombia: Ministerio de minas y energia.Rivera Torres, H. D. (2006). Sistemas Digitales De Control De Carga Y Regulación De Velocidad (Digipid), Para La Estabilidad De Frecuencia En Pequeñas Centrales Hidroeléctricas. Guatemala: Universidad de San Carlos de Guatemala.Loría Gamboa, M. (2009). Análisis y configuración del sistema de control digital Cactus. Ciudad Universitaria Rodrigo Facio: Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica.WEG. (2012). Manuel de la comunicacion Modbus-RTU. 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