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Empresa mexicana crea ‘testbench’ para simular turbinas de gas

La compañía Sigrama utilizó tecnología de National Instruments para construir su propio simulador de turbinas, al que conectan controladores para probar su eficacia sin la necesidad de salir a campo e implementarlos en entornos reales.

(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas)

Un nuevo logro en materia de innovación tecnológica se acreditó a la empresa mexicana Industria Sigrama, al desarrollar su propia plataforma de simulación y pruebas para turbinas de gas que le ha dado como resultado el ahorro considerable de gastos al prescindir de sus proveedores.


El informe señala que Sigrama se ha posicionado en el mercado como un fabricante de controladores para turbinas, segmento que en los últimos años ha crecido significativamente a nivel mundial.

Como parte de sus ciclos de desarrollo, Sigrama había derivado la fase de pruebas y validaciones a proveedores externos, quienes usualmente facturaban sus servicios con costos elevados, y esta designación lo aislaba del control de calidad de sus productos.

En otros casos, Sigrama enviaba ingenieros a realizar las pruebas en turbinas reales para documentar por su cuenta los resultados de sus controladores en tiempo real, lo que propiciaba una perturbación en sus modelos internos como logísticos, operativos y económicos.

Diagrama simplificado del sistema: Probador + Controlador.


Implementación final del simulador por parte del equipo técnico de Sigrama.

Al observar las desventajas de no contar con tecnología propia para llevar a cabo las pruebas de sus componentes a nivel de fábrica, directivos de la compañía decidieron emprender un nuevo prpyecto para construir su plataforma de pruebas, siendo su principal objetivo diseñar un simulador de sistemas.

Con esta idea en mente, Sigrama acudió al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) de México para gestionar fondos económicos para soportar parcialmente su proyecto, y también se acercó al Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL) con el cual robsteció su experiencia práctica en controladores de turbinas aplicando modelación y termodinámica de sistemas.

La colaboración con INEEL permitió a los ingenieros de Sigrama desarrollar un simulador de turbinas de gas, al cual ahora conectan sus drivers para observar su comportamiento técnico en condiciones normales de trabajo, incluyendo arranque y paros técnicos, así como en condiciones extremas en las que incluso en el propio motor físico sería imposible ejecutar las pruebas.

Pantalla de visualización.


Modelo Matemático de Turbina de Gas implementado en LabVIEW.

De acuerdo al reporte, uno de los resultados que ha cosechado Sigrama con su plataforma, es la garantía de seguridad y confiabilidad a sus clientes, ya que ahora el control de calidad está a cargo de su equipo de trabajo, quienes también se han visto beneficiados al adquirir mayor conocimiento sobre las turbinas a través de las simulaciones que arroja el sistema.

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National Instruments fue clave en el proyecto de Sigrama

El fabricante de instrumentos de diseño electrónico, National Instruments, destacó el proyecto de Sigrama como un caso de éxito no solo para México, también para otros mercados donde actualmente la industria de energía comienza a tomar dimensiones mayores debido a la importancia que han adquirido en las agendas de gobierno de los países.

La compañía que es propietaria del popular entorno de desarrollo LabVIEW, proveyó hardware y software a Sigrama para crear la plataforma de simulación de turbinas, en la que también se implementó la técnica Hardware-in-the-Loop (HIL, por sus siglas en inglés).

El proceso de HIL englobó la conexión de un controlador en lazo cerrado con el cual se estima el rendimiento en un entorno artificial pero en el que consiguen los mismos resultados que con una turbina física, de manera que el controlador ahora es validado en fábrica.

Los ingenieros de INEEL y Sigrama, se sirvieron del software LabVIEW, además de los módulos Hardware PXI y CompactRIO, todos de National Instruments, para implementar los algoritmos necesarios encargados de simular la turbina y extraer mediante señales el rendimiento de los controladores.

Panel del simulador para Controladores de Turbinas de Gas.

El informe precisa que la estructura tiene la factultad de simular hasta ocho modelos de turbinas industriales y aeroderivativas con potencias desde 15MW hasta 147MW, demostrando tener una solución flexible que puede adaptarse fácilmente a los desafíos futuros y las necesidades económicas de la industria.

Cabe mencionar que en los últimos años, las turbinas de gas convencionales han evolucionado de tal forma que han elevado su eficiencia, incorporando elementos y funcionalidades de las turbinas tipo aeroderivativas.

Actualmente, estas turbinas son desarrolladas con una combinación de características de ambos tipos, con el objetivo de mejorar el desempeño y la eficiencia energética. Aunque esto representa un gran beneficio para la generación de energía, también trae nuevos desafíos de ingeniería a los sistemas de supervisión de operación, control y protección de este tipo de máquinas. Las tecnologías de control y seguridad ya estaban optimizadas para cada tipo específico de turbina; por lo que al cambiar y combinar las características, ese desarrollo deja de ser válido y ofrece nuevos retos.

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