¿Cómo se integra la prevención de exceso de temperatura en un sistema de control de calefacción? 11 de septiembre de 2019

Al calentar sustancias cáusticas o sensibles, una gran preocupación es que "mi controlador principal podría fallar". ¿Qué se puede hacer para detener el sobrecalentamiento antes de que el calentador de PTFE dañe el proceso o a sí mismo? Esta pregunta demuestra que comprende bien los riesgos que implica administrar un negocio. No debes confiar en una sola parte, por buena que sea, como única línea de defensa. En los sistemas de calefacción bien-diseñados, la protección contra el exceso de temperatura-se logra utilizando una estrategia redundante y escalonada en lugar de un solo mecanismo de control.

Límite de seguridad frente a punto de ajuste de control
Lo primero que hay que saber es la diferencia entre un límite de seguridad y un punto de ajuste de control. El punto de ajuste de control es un componente del circuito que se ejecuta normalmente. Un controlador de temperatura PID mantiene todo funcionando sin problemas al comparar la temperatura observada con el punto de ajuste deseado y cambiar la salida del calentador según sea necesario. Su propósito es ser preciso y rápido.

Un límite de seguridad, por otro lado, sólo existe para evitar que las cosas se pongan peligrosas. No intenta mantener la temperatura constante. En cambio, funciona como un límite independiente que sólo se activa cuando se alcanza una determinada temperatura. En resumen, el límite de seguridad es una barandilla que funciona por sí sola, separada del sistema de control principal.

Esta división de responsabilidades es muy importante. Si un sensor o controlador hace tanto regulación como protección, todo el sistema podría fallar si falla.

La idea de seguridad en capas
La mayoría de los sistemas de calefacción industrial tienen varias capas de seguridad, cada una diseñada para manejar un tipo distinto de falla. El controlador de procesos, que comúnmente es un controlador PID, es la capa principal que mantiene la temperatura de funcionamiento normal.

La siguiente capa es un dispositivo que protege por sí solo contra el sobrecalentamiento. Podría ser un controlador de límite de temperatura con su propio sensor o podría ser un corte térmico mecánico integrado en el calentador. Esta capa funciona incluso si el bucle de control principal se rompe porque no está conectado al controlador principal de ninguna manera.

En aplicaciones con mayor riesgo, se pueden agregar otras capas, incluidos sensores adicionales, enclavamientos que están conectados a interruptores de flujo o nivel, o circuitos de apagado de emergencia que funcionan en todo el sistema. Cada capa hace que sea menos probable que un error provoque daños en el equipo o un problema de seguridad.

Sensores dedicados y controladores de límite de temperatura
Uno de los dispositivos de protección secundaria más frecuentes es un controlador de límite de temperatura. Suele tener una temperatura máxima fija en lugar de un punto de ajuste variable, lo cual es diferente de un controlador PID. El controlador corta la energía al calentador de inmediato si la temperatura detectada supera este límite. La mayoría de las veces, es necesario restablecer el calentador manualmente.

Estos controladores frecuentemente utilizan un sensor diferente al del circuito de control primario, lo cual es muy importante. Este sensor se puede colocar más cerca de la superficie del calentador o en un punto caliente reconocido, lo que hará que sea más fácil encontrarlo cuando la temperatura suba demasiado rápido. Incluso si un controlador PID falla o está mal configurado, el límite de seguridad seguirá funcionando porque funciona por sí solo.

La capacidad de restablecer manualmente es una característica crucial. Hace que el operador investigue qué causó el exceso-de temperatura en lugar de permitir que el sistema se reinicie, lo que podría hacer que el problema vuelva a ocurrir.

Dispositivos de protección térmica integrados
Algunos tubos calefactores de PTFE tienen protección adicional integrada directamente en la unidad calefactora. Los fusibles térmicos o cortacircuitos térmicos bimetálicos están fabricados para interrumpir permanente o temporalmente el circuito eléctrico cuando se alcanza una determinada temperatura.

Estos dispositivos sólo te protegen mecánicamente. No necesitan sensores, cableado ni lógica de control desde el exterior. Esto los hace extremadamente útiles como última línea de defensa contra situaciones muy malas como disparos en seco, pérdida de nivel de líquido o fallas importantes de control.

Pero la protección térmica-incorporada debe verse como una adición, no como un reemplazo. Algunos dispositivos necesitan un calentador nuevo una vez encendidos y no ofrecen la misma cantidad de supervisión-a nivel de proceso que los controladores externos.

Control adicional e ideas de "votación"
En sistemas que son muy sofisticados o que valen mucho dinero, la redundancia puede ir más allá de un solo dispositivo de respaldo. El sistema de control puede comparar lecturas de dos sensores que miden el mismo punto. Si las lecturas están demasiado separadas, el sistema hará sonar una alarma o se apagará. Este método ayuda a encontrar desviaciones o fallas del sensor antes de que las temperaturas se vuelvan peligrosas.

Algunos sistemas más complejos pueden utilizar una lógica de votación simple, lo que significa que dos de cada tres señales deben coincidir antes de que el sistema pueda seguir funcionando. Este tipo de diseños son más típicos en las grandes industrias de procesos, pero la idea básica es la misma: no debería haber un punto de falla que haga que el sistema sea inseguro.

Cosas en las que pensar al implementar y probar
Hacer capas de seguridad es simplemente una parte de la solución. Realizar pruebas periódicamente es igualmente crucial. Durante la puesta en servicio y luego periódicamente, los controladores de límite de temperatura deben inspeccionarse para asegurarse de que se apaguen correctamente. Revise los sensores en busca de óxido, acumulación de recubrimiento o daños mecánicos que puedan ralentizar su respuesta.

También es importante tener registros claros de los puntos de ajuste de seguridad. Los límites de seguridad deben establecerse de modo que sean más altos que las temperaturas de funcionamiento típicas, pero más bajos que los niveles que podrían dañar el calentador, el medio de proceso u otros equipos cercanos. las restricciones que son demasiado altas para la seguridad no cumplen su propósito, y las restricciones que son demasiado bajas para la seguridad pueden generar viajes innecesarios.

Pensamientos finales
Un solo controlador o función no proporciona-protección contra el exceso de temperatura en los sistemas de calefacción. Depende de tener copias de seguridad, ser independiente y un diseño cuidadoso del sistema. Un controlador PID primario mantiene todo funcionando normalmente y, si algo sale mal, los límites de seguridad independientes, los cortes térmicos y otros controladores están listos para intervenir. En la ingeniería de sistemas térmicos actual, la mejor manera de defenderse contra líquidos corrosivos, altas temperaturas o grandes amenazas a la seguridad es utilizar un plan de protección multi-capa que incluya protecciones eléctricas y mecánicas.