En este apartado describiremos los principales elementos incluidos en el sistema de control, les daremos características técnicas y una descripción matemática. Echemos un vistazo más de cerca al sistema de control automático de temperatura que se está desarrollando. suministrar aire pasando por el calentador. Dado que el principal producto de la preparación es la temperatura del aire, en el marco del proyecto de diploma se puede descuidar la construcción de modelos matemáticos y la modelización de los procesos de circulación y flujo de aire. Además, esta justificación matemática para el funcionamiento de las armas autopropulsadas puede descuidarse debido a las características arquitectónicas del local: hay una entrada significativa de aire externo no preparado a los talleres y almacenes a través de grietas y huecos. Por eso, con cualquier caudal de aire, un estado de “falta de oxígeno” es prácticamente imposible para los trabajadores de este taller.
Así, descuidamos la construcción de un modelo termodinámico de distribución del aire en la habitación, así como la descripción matemática del ACS en función del flujo de aire, debido a su inconveniencia. Detengámonos con más detalle en la evolución de la temperatura del aire de suministro ACS. De hecho, este sistema es un sistema para ajustar automáticamente la posición de la compuerta de defensa aérea en función de la temperatura del aire de suministro. La regulación es una ley proporcional que utiliza el método de equilibrar valores.
Presentamos los principales elementos incluidos en el ACS, y presentamos sus características técnicas, que nos permitirán identificar las particularidades de su gestión. A la hora de elegir equipos y equipos de automatización, nos guiamos por sus fichas técnicas y cálculos de ingeniería previos del sistema antiguo, así como por los resultados de experimentos y pruebas.
Un ventilador centrífugo convencional es una rueda con aspas de trabajo ubicadas en una carcasa en espiral, durante cuya rotación el aire que ingresa por la entrada ingresa a los canales entre las aspas y, bajo la influencia de la fuerza centrífuga, se mueve a lo largo de estos canales, es recogido por la carcasa en espiral y se dirige a su salida. La carcasa también sirve para convertir la presión dinámica en presión estática. Para aumentar la presión, se coloca un difusor detrás de la carcasa. En la Fig. 4.1 muestra una vista general de un ventilador centrífugo.
Una rueda centrífuga típica consta de palas, disco trasero, cubo y disco delantero. Un cubo fundido o torneado, diseñado para encajar la rueda en el eje, se remacha, atornilla o suelda al disco trasero. Las palas están remachadas al disco. Los bordes de ataque de las palas suelen estar unidos al anillo frontal.
Las carcasas en espiral están hechas de chapa de acero y se instalan sobre soportes independientes cerca de los ventiladores. baja potencia están unidos a los marcos.
Cuando la rueda gira, parte de la energía suministrada al motor se transfiere al aire. La presión desarrollada por la rueda depende de la densidad del aire, forma geometrica palas y velocidad periférica en las puntas de las palas.
Los bordes de salida de las aspas del ventilador centrífugo pueden estar curvados hacia adelante, radiales o hacia atrás. Hasta hace poco, los bordes de las aspas estaban principalmente curvados hacia adelante, lo que permitía reducir las dimensiones totales de los ventiladores. Hoy en día, es frecuente encontrar impulsores con palas curvadas hacia atrás porque esto mejora la eficiencia. admirador
Arroz. 4.1
Al inspeccionar los ventiladores, hay que tener en cuenta que los bordes de salida (a lo largo del aire) de las aspas, para garantizar una entrada sin golpes, siempre deben estar doblados en el sentido opuesto al sentido de rotación de la rueda.
Los mismos ventiladores, cuando cambia la velocidad de rotación, pueden tener diferentes caudales y desarrollar diferentes presiones, dependiendo no solo de las propiedades del ventilador y la velocidad de rotación, sino también de los conductos de aire conectados a ellos.
Las características del ventilador expresan la relación entre los principales parámetros de su funcionamiento. Las características completas del ventilador a velocidad de eje constante (n = const) se expresan mediante las dependencias entre el suministro Q y la presión P, la potencia N y el rendimiento. Las dependencias P(Q), N(Q) y T(Q) Por lo general, se basan en un solo gráfico. Se selecciona un fan en base a ellos. Las características se construyen sobre la base de pruebas. En la Fig. 4.2 muestra las características aerodinámicas del ventilador centrífugo VTs-4-76-16, que se utiliza como ventilador de suministro en el sitio de instalación.
Arroz. 4.2
La capacidad del ventilador es de 70.000 m3/h o 19,4 m3/s. Velocidad de rotación del eje del ventilador: 720 rpm. o 75,36 rad/seg., potencia motriz motor asincrónico El ventilador es de 35 kW.
El ventilador fuerza el aire atmosférico exterior hacia el calentador. Como resultado del intercambio de calor entre el aire y agua caliente Al pasar a través de los tubos del intercambiador de calor, el aire que pasa se calienta.
Consideremos el esquema para regular el modo de funcionamiento del ventilador VTs-4-76 No. 16. En la Fig. 4.3 se da diagrama funcional unidad del ventilador al regular la velocidad de rotación.
Arroz. 4.3
La función de transferencia del ventilador se puede representar como un factor de ganancia, que se determina en función de las características aerodinámicas del ventilador (Fig. 4.2). El coeficiente de ganancia del ventilador en el punto de funcionamiento es de 1.819 m3/s (mínimo posible, establecido experimentalmente).
Arroz. 4.4
Experimentalmente Se ha establecido que para implementar los modos de funcionamiento del ventilador requeridos, se deben suministrar los siguientes valores de voltaje al convertidor de frecuencia de control (Tabla 4.1):
Tabla 4.1 Modos de funcionamiento de la ventilación de suministro
Al mismo tiempo, para aumentar la confiabilidad del motor eléctrico de los ventiladores tanto de la sección de suministro como de escape, no es necesario configurarlos en modos de funcionamiento con el máximo rendimiento. El objetivo de la investigación experimental era encontrar voltajes de control con los cuales se pudieran observar las tasas de intercambio de aire calculadas a continuación.
La ventilación por extracción está representada por tres ventiladores centrífugos de las marcas VTs-4-76-12 (capacidad de 28.000 m3/h a n=350 rpm, potencia de accionamiento asíncrono N=19,5 kW) y VTs-4-76-10 (capacidad de 20.000 m3 /h a n=270 rpm, potencia de accionamiento asíncrono N=12,5 kW). De manera similar a la rama de ventilación de suministro para la rama de escape, los valores de los voltajes de control se obtuvieron experimentalmente (Tabla 4.2).
Para evitar el estado de "falta de oxígeno" en los talleres, calcularemos las tasas de intercambio de aire para los modos de funcionamiento del ventilador seleccionados. Debe cumplir la condición:
Tabla 4.2 Modos de funcionamiento de la ventilación por extracción
En el cálculo descuidaremos la impulsión de aire procedente del exterior, así como la arquitectura del edificio (paredes, techos).
Dimensiones de las habitaciones para ventilación: 150x40x10 m, el volumen total de la habitación es Vroom?60.000 m3. El volumen de aire de impulsión necesario es de 66.000 m3/h (para un coeficiente de 1,1 se eligió como mínimo, ya que no se tuvo en cuenta el suministro de aire del exterior). Es evidente que los modos de funcionamiento seleccionados del ventilador de impulsión cumplen la condición indicada.
El volumen total de aire expulsado se calcula mediante la siguiente fórmula
Para calcular la rama de escape, se seleccionaron los modos de "escape de emergencia". Teniendo en cuenta el factor de corrección de 1,1 (ya que el modo de funcionamiento de emergencia se acepta como el menor posible), el volumen de aire de escape será igual a 67,76 m3 / h. Este valor, dentro de los errores permitidos y reservas previamente aceptadas, satisface la condición (4.2), lo que significa que los modos de funcionamiento del ventilador seleccionados harán frente a la tarea de asegurar los índices de intercambio de aire.
Además, los motores de los ventiladores tienen incorporada una protección contra sobrecalentamiento (termostato). Si la temperatura del motor aumenta, el contacto del relé del termostato detendrá el motor. El sensor de presión diferencial detectará la parada del motor eléctrico y enviará una señal al panel de control. Es necesario prever la reacción de las armas autopropulsadas a parada de emergencia motores de ventilador.
Daria Denisikhina, María Lukanina, Mikhail SamoletovEn el mundo moderno ya no es posible prescindir del modelado matemático del flujo de aire al diseñar sistema de ventilación.
En el mundo moderno, ya no es posible prescindir del modelado matemático del flujo de aire al diseñar sistemas de ventilación. Las técnicas de ingeniería convencionales funcionan bien para espacios típicos y soluciones de distribución de aire estándar. Cuando un diseñador se enfrenta a objetos no estándar, los métodos de modelado matemático deberían acudir en su ayuda. El artículo está dedicado al estudio de la distribución del aire durante la estación fría en un taller de producción de tuberías. Este taller forma parte de un complejo fabril situado en un clima marcadamente continental.
En el siglo XIX se obtuvieron ecuaciones diferenciales para describir el flujo de líquidos y gases. Fueron formulados por el físico francés Louis Navier y el matemático británico George Stokes. Las ecuaciones de Navier-Stokes se encuentran entre las más importantes de la hidrodinámica y se utilizan en la modelización matemática de muchos fenómenos naturales y problemas técnicos.
Detrás últimos años Se ha acumulado una gran variedad de objetos geométrica y termodinámicamente complejos en la construcción. El uso de métodos de dinámica de fluidos computacional aumenta significativamente las posibilidades de diseño de sistemas de ventilación, permitiendo predecir con un alto grado de precisión las distribuciones de velocidad, presión, temperatura y concentración de componentes en cualquier punto del edificio o cualquiera de sus habitaciones.
El uso intensivo de métodos de dinámica de fluidos computacional comenzó en 2000, cuando aparecieron shells de software universales (paquetes CFD) que permitieron encontrar soluciones numéricas al sistema de ecuaciones de Navier-Stokes en relación con un objeto de interés. Desde entonces, BUREAU TECHNIKI se ha dedicado a la modelización matemática en relación con problemas de ventilación y aire acondicionado.
En este estudio, se llevaron a cabo simulaciones numéricas utilizando STAR-CCM+, un paquete CFD desarrollado por CD-Adapco. El desempeño de este paquete en la solución de problemas de ventilación fue
probado muchas veces en el sitio de diversa complejidad, desde locales de oficinas hasta teatros y estadios.
El problema es de gran interés tanto desde el punto de vista del diseño como del modelado matemático.
Temperatura exterior -31 °C. En la habitación se encuentran objetos con importantes aportaciones de calor: un horno de endurecimiento, un horno de templado, etc. Por lo tanto, existen grandes diferencias de temperatura entre las estructuras exteriores de cerramiento y los objetos internos que generan calor. Por lo tanto, la contribución de la transferencia de calor radiativo no puede despreciarse en el modelado. Una complejidad adicional en la formulación matemática del problema es que varias veces por turno se suministra a la habitación un tren pesado con una temperatura de -31 °C. Se calienta gradualmente, enfriando el aire a su alrededor.
Para mantener la temperatura del aire requerida en el taller (en la estación fría, al menos 15 °C), el proyecto prevé sistemas de ventilación y aire acondicionado. En la etapa de diseño, se calcularon el caudal y la temperatura del aire suministrado necesarios para mantener los parámetros requeridos. Quedaba la pregunta: cómo suministrar aire al volumen del taller para garantizar la distribución más uniforme de la temperatura en todo el volumen. El modelado hizo posible en un período de tiempo relativamente corto (de dos a tres semanas) ver una imagen del flujo de aire para varias opciones de suministro de aire y luego compararlas.
ETAPAS DEL MODELADO MATEMÁTICO
Para resolver el problema considerado en este artículo, se completaron todas las etapas del modelado matemático.
Para comparar la eficiencia de la ventilación, se eligieron tres opciones de suministro de aire: en ángulos con la vertical de 45°, 60° y 90°. El suministro de aire se realizaba desde rejillas de distribución de aire estándar.
Los campos de temperatura y velocidad obtenidos como resultado de los cálculos en diferentes ángulos de suministro de aire se presentan en la Fig. 1.
Después de analizar los resultados, se eligió el ángulo de suministro de aire de 90° como la opción más exitosa de las opciones consideradas para la ventilación del taller. Con este método de alimentación, no se crean mayores velocidades en el área de trabajo y es posible lograr un patrón de temperatura y velocidad bastante uniforme en todo el volumen del taller.
Campos de temperatura y velocidad en tres secciones cruzadas que pasan a través de las rejillas de suministro se muestran en la Fig. 2 y 3. La distribución de la temperatura en toda la habitación es uniforme. Sólo en la zona donde se concentran los hornos se observan temperaturas más altas bajo el techo. Hay una zona más fría en la esquina derecha de la habitación, más alejada de las estufas. Este es el lugar por donde entran los carruajes fríos de la calle.
De la Fig. 3 se puede ver claramente cómo se propagan los chorros horizontales de aire suministrado. En este método de suministro, el chorro de suministro tiene un alcance bastante grande. Así, a una distancia de 30 m de la rejilla, la velocidad del flujo es de 0,5 m/s (a la salida de la rejilla la velocidad es de 5,5 m/s). En el resto de la habitación la movilidad del aire es baja, 0,3 m/s.
El aire caliente del horno de endurecimiento desvía la corriente de aire de suministro hacia arriba (Fig. 4 y 5). La estufa calienta mucho el aire que la rodea. Aquí la temperatura cerca del suelo es más alta que en la parte media de la habitación.
El campo de temperatura y las líneas de corriente en dos secciones del taller caliente se muestran en la Fig. 6.
Los cálculos permitieron analizar la efectividad de varios métodos de suministro de aire a un taller de producción de tuberías. Se ha descubierto que cuando se suministra con un chorro horizontal, el aire suministrado se propaga más por la habitación, lo que contribuye a un calentamiento más uniforme. En este caso, no existen zonas con demasiada movilidad de aire en el área de trabajo, como ocurre cuando el aire suministrado se suministra en ángulo descendente.
El uso de métodos de modelado matemático en problemas de ventilación y aire acondicionado es una dirección muy prometedora, que permite corregir la solución en la etapa del proyecto y evitar la necesidad de corregir fallas. soluciones de diseño después de la puesta en funcionamiento de las instalaciones. ●
Daria Denisikhina -
Jefe del Departamento de Modelamiento Matemático;
María Lukanina -
Ingeniero Líder del Departamento de Modelamiento Matemático;
Mijaíl Samoletov -
Director Ejecutivo de MM-Technologies LLC
El trabajo examina los procesos de modelización de la ventilación y la dispersión de sus emisiones en la atmósfera. La simulación se basa en la resolución del sistema de ecuaciones de Navier-Stokes, las leyes de conservación de la masa, el momento y el calor. Se consideran varios aspectos de la solución numérica de estas ecuaciones. Se ha propuesto un sistema de ecuaciones que permite calcular el valor del coeficiente de turbulencia de fondo. Para la aproximación hiposónica se propone una solución, junto con las ecuaciones hidrogasdinámicas dadas en el artículo, para la ecuación de reposo de un gas real ideal y un vapor. Esta ecuación es una modificación de la ecuación de van der Waals y tiene en cuenta con mayor precisión los tamaños de las moléculas de gas o vapor y su interacción. Con base en la condición de estabilidad termodinámica, se obtiene una relación que permite excluir raíces físicamente imposibles al resolver la ecuación de volumen. Se realiza un análisis de modelos computacionales y paquetes computacionales conocidos de dinámica de fluidos y gases.
modelado
ventilación
turbulencia
ecuaciones de transferencia de calor y masa
ecuación de estado
gasolina de verdad
disipación
1. Berlyand M. E. Temas contemporaneos difusión atmosférica y contaminación del aire. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 p.
2. Belyaev N. N. Modelado del proceso de dispersión de gases tóxicos en condiciones de construcción // Boletín de DIIT. - 2009. - N° 26 - págs. 83-85.
3. Byzova N. L. Estudios experimentales difusión atmosférica y cálculos de dispersión de impurezas / N. L. Byzova, E. K. Garger, V. N. Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 351 p.
4. Datsyuk T. A. Modelado de la dispersión de las emisiones de ventilación. - San Petersburgo: SPBGASU, 2000. - 210 p.
5. Sauts A. V. Aplicación de algoritmos y métodos de gráficos cognitivos. Análisis matemático estudiar las propiedades termodinámicas del isobutano R660A en la línea de saturación: Beca No. 2C/10: informe de investigación (final) / GOUVPO SPBGASU; manos Gorokhov V.L., español: Sauts A.V. - San Petersburgo, 2011. - 30 p.: il. - Bibliografía: p. 30.- No.GR 01201067977.-Inv. N° 02201158567.
IntroducciónAl diseñar complejos de producción e instalaciones únicas, es necesario fundamentar de manera integral las cuestiones relacionadas con garantizar la calidad del aire ambiente y los parámetros estandarizados del microclima. Teniendo en cuenta el alto coste de fabricación, instalación y funcionamiento de los sistemas de ventilación y aire acondicionado, se imponen mayores exigencias a la calidad de los cálculos de ingeniería. Para seleccionar soluciones de diseño racionales en el campo de la ventilación, es necesario poder analizar la situación en su conjunto, es decir. Identificar la relación espacial de los procesos dinámicos que ocurren en el interior y en la atmósfera. Evaluar la efectividad de la ventilación, que depende no solo de la cantidad de aire suministrado a la habitación, sino también del esquema adoptado de distribución y concentración de aire. sustancias nocivas en el aire exterior en los lugares de las tomas de aire.
Propósito del artículo- uso de dependencias analíticas, con las que se calcula la cantidad de emisiones nocivas, se determinan las dimensiones de canales, conductos de aire, pozos y la elección del método de tratamiento del aire, etc. En este caso, es recomendable utilizar el producto de software “Potok” con el módulo “VSV”. Para preparar los datos iniciales, es necesario disponer de diagramas de los sistemas de ventilación diseñados que indiquen las longitudes de las secciones y los caudales de aire en las secciones finales. Los datos de entrada para el cálculo son una descripción de los sistemas de ventilación y sus requisitos. Utilizando modelos matemáticos, se resuelven las siguientes preguntas:
Los campos de velocidad, presión, temperatura, concentraciones en la habitación y la atmósfera se forman bajo la influencia de muchos factores, cuya combinación es bastante difícil de tener en cuenta en los métodos de cálculo de ingeniería sin el uso de una computadora.
La aplicación de la modelación matemática en problemas de ventilación y aerodinámica se basa en la resolución del sistema de ecuaciones de Navier-Stokes.
Para modelar flujos turbulentos es necesario resolver el sistema de ecuaciones de conservación de masa y Reynolds (conservación del momento):
(2)
Dónde t- tiempo, X= X yo , j , k- coordenadas espaciales, tu=tu yo , j , k - componentes del vector de velocidad, R- presión piezométrica, ρ - densidad, τ yo- componentes del tensor de tensión, sm- fuente de masa, si yo- componentes de la fuente de pulso.
El tensor de tensión se expresa como:
(3)
Dónde s ij- tensor de velocidad de deformación; δ yo- tensor de tensiones adicionales que surgen debido a la presencia de turbulencias.
Para obtener información sobre los campos de temperatura t y concentración Con sustancias nocivas, el sistema se complementa con las siguientes ecuaciones:
ecuación de conservación del calor
ecuación de conservación pasiva de impurezas Con
(5)
Dónde CR- coeficiente de capacidad calorífica, λ - coeficiente de conductividad térmica, k= k yo , j , k- coeficiente de turbulencia.
Coeficiente de turbulencia básico k las bases se determinan mediante un sistema de ecuaciones:
(6)
Dónde
k F
-
coeficiente de turbulencia de fondo, k f = 1-15 m2/s; ε = 0,1-04; 
Los coeficientes de turbulencia se determinan mediante las ecuaciones:
(7)
En área abierta a baja disipación el valor k z está determinado por la ecuación:
k k = k 0 z /z 0 ; (8)
Dónde k 0 - valor k k en las alturas z 0 (k 0 = 0,1 m 2 /s en z 0 = 2 metros).
En área abierta el perfil de velocidad del viento no se deforma, es decir
Con una estratificación atmosférica desconocida en un área abierta, se puede determinar el perfil de velocidad del viento:
; (9)
donde z 0 es la altura dada (altura de la veleta); tu 0 - velocidad del viento en altitud z 0 ; B = 0,15.
Sujeto a la condición (10), el criterio local de Richardson Rhode Island definido como:
(11)
Diferenciamos la ecuación (9), igualamos las ecuaciones (7) y (8), y de allí expresamos k bases
(12)
Igualemos la ecuación (12) con las ecuaciones del sistema (6). Sustituimos (11) y (9) en la igualdad resultante, y en forma final obtenemos un sistema de ecuaciones:
(13)
El término pulsación, siguiendo las ideas de Boussinesq, se representa como:
(14)
donde µ t- la viscosidad turbulenta y los términos adicionales en las ecuaciones de transferencia de energía y los componentes de la mezcla se modelan de la siguiente manera:
(15)
(16)
El cierre del sistema de ecuaciones se produce utilizando uno de los modelos de turbulencia que se describen a continuación.
Para los flujos turbulentos estudiados en la práctica de la ventilación, es aconsejable utilizar la hipótesis de Boussinesq sobre la pequeñez de los cambios de densidad o la llamada aproximación "hiposónica". Se supone que las tensiones de Reynolds son proporcionales a las velocidades de deformación promediadas en el tiempo. Se introduce el coeficiente de viscosidad turbulenta, este concepto se expresa como:
. (17)
El coeficiente de viscosidad efectiva se calcula como la suma de los coeficientes molecular y turbulento:
(18)
La aproximación “hiposónica” implica resolver, junto con las ecuaciones anteriores, la ecuación de estado de un gas ideal:
ρ = pag/(RT) (19)
Dónde pag - presión ambiental; R- constante de gas.
Para cálculos más precisos, la densidad de la impureza se puede determinar utilizando la ecuación de van der Waals modificada para gases y vapores reales.
(20)
donde estan las constantes norte Y METRO- tener en cuenta la asociación/disociación de moléculas de gas o vapor; A- tiene en cuenta otras interacciones; b" - teniendo en cuenta el tamaño de las moléculas de gas; υ=1/ρ.
Aislando la presión de la ecuación (12) R y diferenciándolo por volumen (teniendo en cuenta la estabilidad termodinámica) obtenemos la siguiente relación:
. (21)
Este enfoque permite reducir significativamente el tiempo de cálculo en comparación con el caso de utilizar ecuaciones completas para gas compresible sin reducir la precisión de los resultados obtenidos. No existe una solución analítica para las ecuaciones anteriores. En este sentido, se utilizan métodos numéricos.
Para resolver los problemas de ventilación asociados con la transferencia de sustancias escalares por flujo turbulento, se utiliza un esquema de división por procesos físicos al resolver ecuaciones diferenciales. Según los principios de división, integración en diferencias finitas de las ecuaciones de hidrodinámica y transporte convectivo-difuso de una sustancia escalar en cada paso de tiempo Δ t se lleva a cabo en dos etapas. En la primera etapa se calculan los parámetros hidrodinámicos. En la segunda etapa, las ecuaciones de difusión se resuelven basándose en los campos hidrodinámicos calculados.
La influencia de la transferencia de calor en la formación del campo de velocidad del aire se tiene en cuenta mediante la aproximación de Boussinesq: se introduce un término adicional en la ecuación de movimiento para el componente de velocidad vertical, teniendo en cuenta las fuerzas de flotación.
Existen cuatro enfoques conocidos para resolver problemas de movimiento de fluidos turbulentos:
El método más atractivo desde el punto de vista de la precisión de los resultados obtenidos es, sin duda, el método de modelado numérico directo. Sin embargo, actualmente las posibilidades tecnologia computacional todavía no permiten resolver problemas con geometría y números reales Re, y con resolución de vórtices de todos los tamaños. Por lo tanto, al decidir amplia gama Los problemas de ingeniería utilizan soluciones numéricas de ecuaciones de Reynolds.
Actualmente, paquetes certificados como STAR-CD, FLUENT o ANSYS/FLOTRAN se utilizan con éxito para simular problemas de ventilación. Con un problema correctamente formulado y un algoritmo de solución racional, el volumen de información resultante permite elegir en la etapa de diseño. Mejor opción, pero realizar cálculos con estos programas requiere una preparación adecuada y su uso incorrecto puede dar lugar a resultados erróneos.
Como "caso base" podemos considerar los resultados de métodos de cálculo de equilibrio generalmente aceptados, que nos permiten comparar los valores integrales característicos del problema en consideración.
Uno de puntos importantes cuando se usa universal sistemas de software Para solucionar los problemas de ventilación es la elección de un modelo de turbulencia. Hasta la fecha, un gran número de varios modelos turbulencia, que se utilizan para cerrar las ecuaciones de Reynolds. Los modelos de turbulencia se clasifican según el número de parámetros de las características de turbulencia, de un parámetro, de dos y de tres parámetros, respectivamente.
La mayoría de los modelos semiempíricos de turbulencia, de una forma u otra, utilizan la "hipótesis de la localidad del mecanismo de transferencia turbulenta", según la cual el mecanismo de transferencia de momento turbulento se determina completamente especificando las derivadas locales de las velocidades promediadas y propiedades físicas líquidos. Esta hipótesis no tiene en cuenta la influencia de procesos que ocurren lejos del punto en cuestión.
Los más simples son los modelos de un solo parámetro que utilizan el concepto de viscosidad turbulenta “n t", y se supone que la turbulencia es isotrópica. Una versión modificada del modelo "n" t Se recomienda -92" para modelar chorros y flujos separados. Una buena concordancia con los resultados experimentales también la proporciona el modelo de un parámetro “S-A” (Spalart - Almaras), que contiene la ecuación de transporte para la cantidad .
La desventaja de los modelos con una única ecuación de transporte se debe a que carecen de información sobre la distribución de la escala de turbulencias. l. por la cantidad l están influenciados por los procesos de transporte, los métodos de formación de turbulencias y la disipación de energía turbulenta. Dependencia universal para definir l no existe. Ecuación para la escala de turbulencia. l A menudo resulta ser precisamente la ecuación que determina la precisión del modelo y, en consecuencia, el alcance de su aplicabilidad. Básicamente, el ámbito de aplicación de estos modelos se limita a flujos de corte relativamente simples.
En modelos de dos parámetros, excepto la escala de turbulencia. l, utilice la tasa de disipación de energía turbulenta como segundo parámetro . Estos modelos se utilizan con mayor frecuencia en la práctica informática moderna y contienen ecuaciones para la transferencia y disipación de energía de turbulencia.
Un modelo bien conocido que incluye ecuaciones para la transferencia de energía turbulenta. k y la tasa de disipación de energía turbulenta ε. Modelos como " k- mi" Se puede utilizar tanto para flujos cercanos a la pared como para flujos separados más complejos.
Los modelos de dos parámetros se utilizan en versiones de Reynolds bajo y alto. En el primero se tiene en cuenta directamente el mecanismo de interacción entre el transporte molecular y turbulento cerca de una superficie sólida. En la versión de alto Reynolds, el mecanismo de transporte turbulento cerca de un límite sólido se describe mediante funciones especiales de pared que relacionan los parámetros de flujo con la distancia a la pared.
Actualmente, los modelos más prometedores incluyen los modelos “SSG” y “Gibson-Launder”, que utilizan una conexión no lineal entre el tensor de tensión turbulenta de Reynolds y el tensor de velocidad de deformación promedio. Fueron desarrollados para mejorar la predicción de flujos separados. Dado que calculan todos los componentes tensoriales, requieren más recursos informáticos en comparación con los modelos de dos parámetros.
Para flujos separados complejos, se revelaron algunas ventajas mediante el uso de modelos de un parámetro “n t-92", "S-A" en términos de precisión de predicción de parámetros de flujo y tasa de conteo en comparación con modelos de dos parámetros.
Por ejemplo, el programa "STAR-CD" prevé el uso de modelos como " k- e", Spalart - Almaras, "SSG", "Gibson-Launder", así como el método de grandes remolinos "LES" y el método "DES". Los dos últimos métodos son más adecuados para calcular el movimiento del aire en geometrías complejas donde aparecerán numerosas regiones de vórtices separadas, pero requieren grandes recursos computacionales.
Los resultados del cálculo dependen en gran medida de la elección de la cuadrícula computacional. Actualmente, se utilizan programas especiales para construir mallas. Las celdas de la cuadrícula pueden tener diferentes formas y tamaños, las más adecuadas para resolver un problema específico. El tipo de cuadrícula más simple es cuando las celdas son idénticas y tienen una forma cúbica o forma rectangular. Los programas informáticos universales que se utilizan ahora en la práctica de la ingeniería permiten trabajar en mallas arbitrarias no estructuradas.
Para realizar cálculos de simulación numérica para problemas de ventilación, es necesario especificar las condiciones iniciales y de contorno, es decir, valores de variables dependientes o sus gradientes normales en los límites del dominio computacional.
Especificar con un grado suficiente de precisión las características geométricas del objeto en estudio. Para estos fines, podemos recomendar paquetes como “SolidWorks”, “Pro/Engeneer”, “NX Nastran” para construir modelos tridimensionales. Al construir una cuadrícula computacional, el número de celdas se selecciona de manera que se obtenga una solución confiable con un tiempo de cálculo mínimo. Se debe elegir uno de los modelos de turbulencia semiempíricos que sea más efectivo para el flujo bajo consideración.
EN conclusión Agreguemos que es necesaria una buena comprensión del lado cualitativo de los procesos que tienen lugar para formular correctamente las condiciones límite del problema y evaluar la confiabilidad de los resultados. El modelado de las emisiones de ventilación en la etapa de diseño de las instalaciones puede considerarse como uno de los aspectos del modelado de información destinado a garantizar la seguridad ambiental de la instalación.
Revisores:
Estimados miembros del comité de certificación, les presento mi trabajo final de calificación, cuyo objetivo es desarrollar un sistema de control automático para el suministro y ventilación por extracción de los talleres de producción.
Se sabe que la automatización es una de las los factores más importantes crecimiento de la productividad laboral en producción industrial, aumentando la calidad de los productos y servicios. La constante ampliación del alcance de la automatización es una de las principales características de la industria en esta etapa. El proyecto de tesis que se está desarrollando es una de las ideas para heredar el concepto en desarrollo de construir edificios "inteligentes", es decir, objetos en los que las condiciones de vida humanas se controlan por medios técnicos.
Las principales tareas a resolver en el diseño son la modernización del sistema de ventilación de aire existente en el sitio de implementación - talleres de producción de OJSC "VOMZ" para garantizar su eficiencia (ahorro de energía y recursos térmicos, reducción de los costos de mantenimiento del sistema, reducción del tiempo de inactividad). , manteniendo un microclima confortable y pureza del aire en las áreas de trabajo, operatividad y estabilidad, confiabilidad del funcionamiento del sistema en modos de emergencia/críticos.
El problema considerado en el proyecto de tesis se debe a la obsolescencia moral y técnica (desgaste) del sistema de gestión de PPV existente. El principio distribuido aplicado en la construcción del PVV excluye la posibilidad de control centralizado (lanzamiento y monitoreo de condición). La falta de un algoritmo claro para iniciar/detener el sistema también hace que el sistema sea poco confiable debido a errores humanos, y la falta de modos de operación de emergencia lo hace inestable en relación con las tareas que se están resolviendo.
La relevancia del problema de la elaboración de diplomas se debe al aumento generalizado de la incidencia de enfermedades respiratorias y resfriados entre los trabajadores, a la disminución generalizada de la productividad laboral y de la calidad de los productos en este ámbito. El desarrollo de una nueva pistola autopropulsada para PVV está directamente relacionado con la política de calidad de la planta (ISO 9000), así como con los programas de modernización de los equipos de la planta y la automatización de los sistemas de soporte vital del taller.
El elemento central de control del sistema es un gabinete de automatización con un microcontrolador y equipo, seleccionado en base a los resultados de la investigación de mercados (póster 1). Hay muchos ofertas de mercado Sin embargo, el equipamiento seleccionado es al menos tan bueno como sus análogos. Un criterio importante fue el costo, el consumo de energía y el diseño protector del equipo.
El diagrama funcional de la automatización del punto de suministro de aire se muestra en la Figura 1. Se eligió como principal en el diseño del ACS un enfoque centralizado, que permite que el sistema sea móvil, si es necesario, para su implementación de forma mixta. planteamiento, que implica la posibilidad de despacho y conexión con otras redes industriales. El enfoque centralizado es altamente escalable y bastante flexible: todas estas propiedades de calidad están determinadas por el microcontrolador seleccionado: el sistema WAGO I/O, así como por la implementación del programa de control.
Durante el diseño, se seleccionaron elementos de automatización: actuadores, sensores, los criterios de selección fueron funcionalidad, estabilidad de operación en modos críticos, rango de medición/control de parámetros, características de instalación, forma de salida de señal, modos de operación. Se seleccionaron los principales modelos matemáticos y se simuló el funcionamiento del sistema de control de temperatura del aire con control de la posición de la trampilla de la válvula de tres vías. La simulación se realizó en el entorno VisSim.
Para la regulación se optó por el método de “equilibrio de parámetros” en la zona de valores controlados. Se eligió la proporcional como ley de control, ya que no existen grandes exigencias en cuanto a la precisión y velocidad del sistema, y el rango de cambios en las cantidades de entrada/salida es pequeño. Las funciones del regulador las realiza uno de los puertos del controlador de acuerdo con el programa de control. Los resultados de la simulación de este bloque se presentan en el Póster 2.
El algoritmo de funcionamiento del sistema se presenta en la Figura 2. El programa de control que implementa este algoritmo consta de bloques funcionales, un bloque de constantes y se utilizan funciones estándar y especializadas. La flexibilidad y escalabilidad del sistema está garantizada tanto programáticamente (uso de FB, constantes, etiquetas y transiciones, compacidad del programa en la memoria del controlador) como técnicamente (uso económico de puertos de E/S, puertos de respaldo).
El software prevé acciones del sistema en modos de emergencia (sobrecalentamiento, falla del ventilador, hipotermia, obstrucción del filtro, incendio). El algoritmo para el funcionamiento del sistema en modo de protección contra incendios se presenta en la Figura 3. Este algoritmo tiene en cuenta los requisitos de las normas para el tiempo de evacuación y las acciones de los equipos de protección contra incendios en caso de incendio. En general, el uso de este algoritmo es eficaz y está demostrado mediante pruebas. También se resolvió el problema de la modernización. campanas extractoras en términos de seguridad contra incendios. Las soluciones encontradas fueron revisadas y aceptadas como recomendaciones.
La confiabilidad del sistema diseñado depende completamente de la confiabilidad del software y del controlador en su conjunto. El programa de control desarrollado fue sometido a un proceso de depuración, pruebas manuales, estructurales y funcionales. Para garantizar la confiabilidad y el cumplimiento de las condiciones de garantía de los equipos de automatización, solo se seleccionaron unidades recomendadas y certificadas. La garantía del fabricante del armario de automatización seleccionado, sujeto al cumplimiento de las obligaciones de garantía, es de 5 años.
También se desarrolló una estructura generalizada del sistema, se construyó un diagrama de reloj del funcionamiento del sistema, una tabla de conexiones y marcado de cables y se generó un diagrama de instalación de ACS.
Los indicadores económicos del proyecto, calculados por mí en la parte organizativa y económica, se muestran en el cartel nº 3. El mismo cartel muestra una línea de tiempo del proceso de diseño. Para evaluar la calidad del programa de control, se utilizaron criterios de acuerdo con GOST RISO/IEC 926-93. La eficiencia económica del desarrollo se evaluó mediante análisis FODA. Es obvio que el sistema diseñado tiene un bajo costo (estructura de costos - Póster 3) y un período de recuperación bastante rápido (cuando se calcula utilizando ahorros mínimos). Por lo tanto, podemos concluir que el desarrollo es altamente eficiente económicamente.
Además, se resolvieron cuestiones de protección laboral, seguridad eléctrica y respeto al medio ambiente del sistema. La elección de cables conductores y filtros para conductos de aire está justificada.
Así, como resultado de la tesis, se ha desarrollado un proyecto de modernización óptimo en relación con todos los requisitos planteados. Se recomienda la implementación de este proyecto de acuerdo con el calendario de modernización de los equipos de la planta.
Si se confirma la rentabilidad y la calidad del proyecto. período de prueba, está previsto implementar un nivel de despacho utilizando la red local de la empresa, así como modernizar la ventilación del resto de las instalaciones de producción para combinarlas en una única red industrial. En consecuencia, estas etapas incluyen el desarrollo de software de despachador, mantenimiento de registros del estado del sistema, errores, accidentes (DB), organización de un lugar de trabajo automatizado o puesto de control (CP). Es posible distribuir soluciones de diseño para resolver problemas de gestión. cortinas de aire-calor Talleres de trabajo También es posible solucionar los puntos débiles del sistema existente, como modernizar las unidades de tratamiento, así como modificar las válvulas de entrada de aire con un mecanismo anticongelante.
anotación
El proyecto de diploma incluye una introducción, 8 secciones, una conclusión, una lista de fuentes utilizadas, aplicaciones y consta de 141 páginas de texto mecanografiado con ilustraciones.
La primera sección proporciona una descripción general y análisis de la necesidad de diseñar un sistema de control automático para la ventilación de suministro y extracción (ACV PVV) de los talleres de producción y un estudio de marketing de gabinetes de automatización. están siendo considerados esquemas estándar Ventilación y enfoques alternativos para resolver problemas de diseño de graduación.
La segunda sección describe la instalación fotovoltaica existente en el lugar de implementación, JSC VOMZ, como proceso tecnológico. Se está formando un esquema estructural generalizado de automatización para el proceso tecnológico de preparación del aire.
La tercera sección formula una propuesta técnica ampliada para la resolución de problemas de diseño de tesis.
La cuarta sección está dedicada al desarrollo de armas autopropulsadas. Se seleccionan los elementos de automatización y control y se presentan sus descripciones técnicas y matemáticas. Se describe un algoritmo para regular la temperatura del aire de suministro. Se generó un modelo y se realizó una simulación del funcionamiento de armas autopropulsadas para mantener la temperatura del aire en la habitación. Se ha seleccionado y justificado el cableado eléctrico. Se ha construido un ciclograma de reloj del funcionamiento del sistema.
La quinta sección proporciona las especificaciones técnicas del controlador lógico programable (PLC) del sistema de E/S WAGO. Se proporcionan tablas de conexiones de sensores y actuadores con puertos PLC, incl. y virtuales.
La sexta sección está dedicada al desarrollo de algoritmos operativos y a la redacción de un programa de control de PLC. La elección del entorno de programación está justificada. Se proporcionan algoritmos de bloque para el procesamiento por parte del sistema. situaciones de emergencia, algoritmos de bloque de bloques funcionales que resuelven los problemas de lanzamiento, control y regulación. La sección incluye los resultados de las pruebas y depuración del programa de control del PLC.
La séptima sección analiza la seguridad y el respeto al medio ambiente del proyecto. Un análisis de situaciones peligrosas y factores nocivos al operar armas autopropulsadas, se brindan soluciones para la protección laboral y garantizar el respeto al medio ambiente del proyecto. Se está desarrollando un sistema de protección contra situaciones de emergencia, incl. fortalecer el sistema en términos de protección contra incendios y garantizar la estabilidad de operación durante situaciones de emergencia. Se presenta el diagrama funcional desarrollado de la automatización con especificaciones.
El octavo apartado está dedicado al estudio de viabilidad organizativa y económica del desarrollo. Se proporciona un cálculo del costo, la eficiencia y el período de recuperación del desarrollo del proyecto, incl. teniendo en cuenta la etapa de implementación. Se reflejan las etapas de desarrollo del proyecto, se estima la intensidad laboral del trabajo. Se proporciona una evaluación de la eficiencia económica del proyecto mediante un análisis FODA del desarrollo.
En conclusión, se presentan las conclusiones sobre el proyecto de diploma.
Introducción
La automatización es uno de los factores más importantes para aumentar la productividad laboral en la producción industrial. Una condición continua para acelerar la tasa de crecimiento de la automatización es el desarrollo medios tecnicos automatización. Los equipos de automatización técnica incluyen todos los dispositivos incluidos en el sistema de control y diseñados para recibir información, transmitirla, almacenarla y transformarla, así como para implementar influencias de control y regulación sobre el objeto de control tecnológico.
El desarrollo de medios tecnológicos de automatización es un proceso complejo que se basa en los intereses de la producción automatizada de los consumidores, por un lado, y las capacidades económicas de las empresas manufactureras, por el otro. El principal incentivo para el desarrollo es aumentar la eficiencia de la producción de consumo mediante la introducción de nueva tecnología, lo que sólo puede ser aconsejable si los costos se recuperan rápidamente. Por lo tanto, el criterio para todas las decisiones sobre el desarrollo e implementación de nuevas herramientas debe ser el efecto económico total, teniendo en cuenta todos los costos de desarrollo, producción e implementación. En consecuencia, el desarrollo y la producción deben llevarse a cabo, en primer lugar, en aquellas variantes de medios técnicos que proporcionen el máximo efecto total.
La constante ampliación del alcance de la automatización es una de las principales características de la industria en esta etapa.
Se presta especial atención a las cuestiones de ecología industrial y seguridad laboral. Al diseñar tecnología moderna, equipos y estructuras, es necesario adoptar un enfoque con base científica para el desarrollo de la seguridad y la inocuidad del trabajo.
En escenario moderno desarrollo economía nacional país, una de las principales tareas es aumentar la eficiencia de la producción social basada en el proceso científico y técnico y utilizar más plenamente todas las reservas. Esta tarea está indisolublemente ligada al problema de optimizar las soluciones de diseño, cuyo objetivo es crear los requisitos previos necesarios para aumentar la eficiencia de las inversiones de capital, reducir su período de recuperación y garantizar el mayor aumento de la producción por cada rublo gastado. Los sistemas de ventilación de aire que crean el microclima y la calidad del aire interior necesarios garantizan el aumento de la productividad laboral, la producción de productos de alta calidad y la mejora de las condiciones de trabajo y descanso de los trabajadores.
El objetivo del proyecto de diploma es desarrollar un sistema de control automático para la ventilación de suministro y extracción (ACV PVV) de los talleres de producción.
El problema considerado en el proyecto de tesis se debe al desgaste del sistema de automatización PVV existente en la Planta Óptico-Mecánica de JSC Vologda. Además, el sistema está diseñado de forma distribuida, lo que elimina la posibilidad de gestión y seguimiento centralizados. Como objeto de ejecución se seleccionó la planta de moldeo por inyección (categoría B para seguridad contra incendios), así como las instalaciones adyacentes: la zona de máquinas herramienta CNC, la oficina de planificación y expedición y los almacenes.
Los objetivos del proyecto de diploma se formularon como resultado de un estudio del estado actual de las armas autopropulsadas y sobre la base de una revisión analítica, que figura en la sección 3 "Propuesta técnica".
El uso de ventilación controlada abre nuevas oportunidades para resolver los problemas anteriores. El sistema de control automático que se está desarrollando debe ser óptimo en términos de realizar las funciones designadas.
Como se señaló anteriormente, la relevancia del desarrollo se debe tanto a la obsolescencia de las armas autopropulsadas existentes como al aumento en el número trabajo de reparación en las “rutas” de ventilación, así como un aumento general de la incidencia de enfermedades respiratorias y resfriados entre los trabajadores, una tendencia al deterioro del bienestar durante las largas jornadas de trabajo y, como consecuencia, una caída generalizada de la productividad laboral y la calidad de los productos. Es importante señalar el hecho de que las armas autopropulsadas existentes no están asociadas con armas automáticas de fuego, lo cual es inaceptable para este tipo de producción. El desarrollo de una nueva pistola autopropulsada para PVV está directamente relacionado con la política de calidad de la planta (ISO 9000), así como con los programas de modernización de los equipos de la planta y la automatización de los sistemas de soporte vital del taller.
El proyecto de diploma utiliza recursos de Internet (foros, bibliotecas electrónicas, artículos y publicaciones, portales electrónicos), así como literatura técnica del área temática requerida y textos de estándares (GOST, SNIP, SanPiN). Asimismo, el desarrollo de ACS PVV se realiza teniendo en cuenta las propuestas y recomendaciones de especialistas, en base a planos de instalación, recorridos de cables y sistemas de conductos de aire existentes.
Vale la pena señalar que el problema planteado en el proyecto de tesis ocurre en casi todas las fábricas antiguas del complejo militar-industrial; el reequipamiento de los talleres es una de las tareas más importantes en términos de garantizar la calidad del producto para el consumidor final. Por lo tanto, el diseño del diploma reflejará la experiencia acumulada en la resolución de problemas similares en empresas con un tipo de producción similar.
1. Revisión analítica
1.1 Análisis general la necesidad de diseñar armas autopropulsadas para PVV
La fuente más importante de ahorro de combustible y recursos energéticos gastados en el suministro de calor a grandes edificios industriales con un consumo importante de energía térmica y eléctrica, es aumentar la eficiencia del sistema ventilación de suministro y extracción(PVV) basado en el uso de avances modernos en tecnología informática y de control.
Normalmente, se utilizan medios de automatización local para controlar el sistema de ventilación. La principal desventaja de dicha regulación es que no tiene en cuenta el balance real de aire y calor del edificio y la temperatura real. clima: temperatura del aire exterior, velocidad y dirección del viento, presión atmosférica.
Por lo tanto, bajo la influencia de medios de automatización locales, el sistema de ventilación de aire, por regla general, no funciona en modo óptimo.
La eficiencia del sistema de ventilación de suministro y extracción se puede aumentar significativamente si se lleva a cabo un control óptimo de los sistemas, basado en el uso de un complejo de hardware y software adecuados.
La formación de un régimen térmico se puede representar como la interacción de factores perturbadores y reguladores. Para determinar la acción de control, se necesita información sobre las propiedades y la cantidad de parámetros de entrada y salida y las condiciones para el proceso de transferencia de calor. Dado que el objetivo de controlar los equipos de ventilación es garantizar las condiciones de aire requeridas en el área de trabajo de los edificios con costos mínimos de energía y materiales, con la ayuda de una computadora será posible encontrar la opción óptima y desarrollar las acciones de control adecuadas. en este sistema. Como resultado, una computadora con un conjunto adecuado de hardware y software forma un sistema automatizado para controlar las condiciones térmicas de las instalaciones del edificio (ACS). Al mismo tiempo, también vale la pena señalar que una computadora puede entenderse como un panel de control para el PVV y un control remoto para monitorear el estado del PVV, así como computadora sencilla con un programa de modelado de armas autopropulsadas, procesamiento de resultados y gestión operativa en base a los mismos.
Un sistema de control automático es una combinación de un objeto de control (proceso tecnológico controlado) y dispositivos de control, cuya interacción asegura el flujo automático del proceso de acuerdo con un programa determinado. En este caso, se entiende por proceso tecnológico una secuencia de operaciones que se deben realizar para obtener un producto terminado a partir de las materias primas iniciales. En el caso de PVV, el producto terminado es el aire de la habitación atendida con parámetros específicos (temperatura, composición del gas, etc.), y las materias primas son aire exterior y de escape, refrigerantes, electricidad, etc.
El funcionamiento de un sistema de arma autopropulsada, como cualquier sistema de control, debe basarse en el principio de retroalimentación (FE): el desarrollo de acciones de control basadas en información sobre el objeto obtenida mediante sensores instalados o distribuidos en el objeto.
Cada ACS específico se desarrolla en base a una determinada tecnología para procesar el flujo de aire de entrada. A menudo, el sistema de ventilación de suministro y extracción se combina con un sistema de aire acondicionado (preparación), lo que también se refleja en el diseño de la automatización de control.
Cuando se utilizan dispositivos independientes o completos instalaciones tecnológicas Los sistemas de tratamiento de aire ACS se suministran ya integrados en el equipo y equipados con determinadas funciones de control, que suelen estar descritas en detalle en la documentación técnica. En este caso, la instalación, mantenimiento y operación de dichos sistemas de control deben realizarse en estricta conformidad con la documentación especificada.
Análisis soluciones tecnicas PVV moderno de los principales fabricantes. equipo de ventilación demostró que las funciones ejecutivas se pueden dividir en dos categorías:
Funciones de control determinadas por la tecnología y el equipo de tratamiento de aire;
Las funciones adicionales, que en su mayoría son funciones de servicio, se presentan como know-how de la empresa y no se tratan aquí.
EN vista general Las principales funciones tecnológicas del control de la entrada de aire se pueden dividir en los siguientes grupos (Fig. 1.1)
Arroz. 1.1 - Funciones tecnológicas básicas del control PVV
Describamos lo que se entiende por funciones PVV presentadas en la Fig. 1.1.
1.1.1 Función “control y registro de parámetros”
De acuerdo con SNiP 2.04.05-91, los parámetros de control obligatorios son:
Temperatura y presión en las tuberías comunes de suministro y retorno y a la salida de cada intercambiador de calor;
Temperatura del aire exterior, aire de impulsión después del intercambiador de calor, así como temperatura ambiente;
Normas de concentraciones máximas permitidas de sustancias nocivas en el aire extraído de la habitación (presencia de gases, productos de combustión, polvo no tóxico).
Otros parámetros en los sistemas de ventilación de suministro y extracción se controlan a pedido. especificaciones técnicas en el equipo o según las condiciones de operación.
Se proporciona control remoto para medir los principales parámetros del proceso tecnológico o parámetros involucrados en la implementación de otras funciones de control. Dicho control se lleva a cabo mediante sensores y transductores de medición con la salida (si es necesario) de los parámetros medidos en el indicador o pantalla del dispositivo de control (panel de control, monitor de computadora).
Para medir otros parámetros, generalmente se utilizan instrumentos locales (portátiles o estacionarios): termómetros indicadores, manómetros, dispositivos para el análisis espectral de la composición del aire, etc.
El uso de dispositivos de control local no viola el principio básico de los sistemas de control: el principio de retroalimentación. En este caso, se implementa con la ayuda de una persona (operador o personal de mantenimiento) o con la ayuda de un programa de control "cableado" en la memoria del microprocesador.
1.1.2 Función “control operativo y de programa”
Es importante implementar una opción como "secuencia de inicio". Para garantizar un arranque normal del sistema fotovoltaico se debe tener en cuenta lo siguiente:
Apertura preliminar de las compuertas de aire antes del arranque de los ventiladores. Esto se debe al hecho de que no todas las compuertas en estado cerrado pueden soportar la diferencia de presión creada por el ventilador, y el tiempo necesario para abrir completamente la compuerta mediante un accionamiento eléctrico alcanza los dos minutos.
Separación de tiempos de arranque de motores eléctricos. Los motores eléctricos asíncronos a menudo pueden tener corrientes de arranque elevadas. Si los ventiladores, los accionamientos de las compuertas de aire y otros accionamientos se encienden al mismo tiempo, debido a la gran carga en la red eléctrica del edificio, el voltaje caerá significativamente y es posible que los motores eléctricos no arranquen. Por tanto, el arranque de los motores eléctricos, especialmente los de alta potencia, debe espaciarse en el tiempo.
Precalentamiento del calentador. Si no precalienta el calentador de agua, a bajas temperaturas exteriores puede funcionar la protección contra heladas. Por lo tanto, al iniciar el sistema, es necesario abrir las compuertas de suministro de aire, abrir válvula de tres vías Calentador de agua y calentar el calentador. Normalmente, esta función se activa cuando la temperatura exterior es inferior a 12 °C.
La opción inversa es “secuencia de parada”, al momento de apagar el sistema se debe tener en cuenta lo siguiente:
Retardo de parada del ventilador de impulsión de aire en instalaciones con resistencia eléctrica. Después de quitar el voltaje del calentador eléctrico, debe enfriarlo durante un tiempo sin apagar el ventilador de suministro de aire. De lo contrario, el elemento calefactor (térmico) calentador eléctrico- elemento calefactor) puede fallar. Para tareas de diseño de tesis existentes, esta opción no es importante debido al uso de un calentador de agua, pero también es importante tenerla en cuenta.
Por lo tanto, en función de las opciones de control operativas y de software seleccionadas, es posible presentar un cronograma típico para encender y apagar los dispositivos fotovoltaicos.
Arroz. 1.2 - Ciclograma típico de funcionamiento de pistolas autopropulsadas para sistemas de aire propulsados por aire con calentador de agua.
El sistema debe realizar todo este ciclo (Fig. 1.2) de forma automática y, además, se debe prever la puesta en marcha individual del equipo, necesaria durante los trabajos de instalación y mantenimiento.
Las funciones de control del programa, como el cambio del modo "invierno-verano", son de gran importancia. La implementación de estas funciones es especialmente relevante en las condiciones modernas de escasez de recursos energéticos. En los documentos reglamentarios, la implementación de esta función tiene un carácter recomendatorio: "para los edificios públicos, administrativos, domésticos e industriales, es necesario, por regla general, prever la regulación programática de los parámetros que aseguren una reducción en el consumo de calor".
En el caso más simple, estas funciones permiten apagar completamente el ventilador de aire en un momento determinado o reducir (aumentar) el valor establecido de un parámetro ajustable (por ejemplo, temperatura) dependiendo de los cambios en las cargas de calor en el área atendida. habitación.
Más eficaz, pero también más difícil de implementar, es el control por software, que prevé cambios automáticos en la estructura de la entrada de aire y el algoritmo de su funcionamiento no sólo en el modo tradicional "invierno-verano", sino también en los modos de transición. El análisis y síntesis de la estructura de los PVV y el algoritmo para su funcionamiento se suelen realizar sobre la base de su modelo termodinámico.
En este caso, la principal motivación y criterio para la optimización, por regla general, es el deseo de garantizar, posiblemente, un consumo mínimo de energía con restricciones en los gastos de capital, dimensiones, etc.
1.1.3 Función “funciones de protección y enclavamientos”
Las funciones de protección y enclavamientos comunes a los sistemas de automatización y equipos eléctricos (protección contra cortocircuitos, sobrecalentamiento, restricciones de movimiento, etc.) están estipuladas en documentos reglamentarios interdepartamentales. Estas funciones suelen realizarse mediante dispositivos separados (fusibles, dispositivos de corriente residual, finales de carrera, etc.). Su uso está regulado por las normas para la construcción de instalaciones eléctricas (PUE), normas seguridad contra incendios(PPB).
Protección contra las heladas. La función de protección automática contra la congelación debe proporcionarse en áreas con una temperatura del aire exterior de diseño para el período frío de -5°C o menos. Los primeros intercambiadores de calor de calefacción (calentador de agua) y recuperadores (si los hay) están sujetos a protección.
Normalmente, la protección contra la congelación de los intercambiadores de calor se realiza sobre la base de sensores o relés sensores de la temperatura del aire detrás del dispositivo y la temperatura del refrigerante en la tubería de retorno.
El peligro de congelación se predice por la temperatura del aire delante del aparato (tн<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.
Durante las horas de inactividad, para sistemas protegidos contra heladas, la válvula debe permanecer ligeramente abierta (5-25%) con la compuerta de aire exterior cerrada. Para una mayor confiabilidad de la protección cuando el sistema está apagado, a veces se implementa la función de regulación automática (estabilización) de la temperatura del agua en la tubería de retorno.
1.1.4 Función “protección de equipos tecnológicos y equipos eléctricos”
1. Comprobación de la contaminación del filtro
El control de la contaminación del filtro se evalúa mediante la caída de presión a través del mismo, que se mide mediante un sensor de presión diferencial. El sensor mide la diferencia de presión del aire antes y después del filtro. La caída de presión permitida a través del filtro se indica en su pasaporte (para manómetros presentados en rutas aéreas de fábrica, según el pasaporte técnico: 150-300 Pa). Esta diferencia se establece al configurar el sistema en un sensor diferencial (punto de ajuste del sensor). Cuando se alcanza el punto de ajuste, se recibe una señal del sensor que indica que el filtro tiene mucho polvo y que es necesario repararlo o reemplazarlo. Si el filtro no se limpia o reemplaza dentro de un cierto tiempo (generalmente 24 horas) después de que se emite la alarma de polvo, se recomienda realizar un apagado de emergencia del sistema.
Se recomienda instalar sensores similares en los ventiladores. Si falla un ventilador o una correa de transmisión del ventilador, el sistema debe detenerse en modo de emergencia. Sin embargo, estos sensores a menudo se descuidan por razones de economía, lo que hace mucho más difícil diagnosticar el sistema y encontrar fallas en el futuro.
2. Otras cerraduras automáticas
Además, deberá preverse un bloqueo automático para:
Abrir y cerrar las válvulas de aire exterior al encender y apagar los ventiladores (compuertas);
Abrir y cerrar válvulas de sistemas de ventilación conectados por conductos de aire para su intercambiabilidad total o parcial en caso de falla de uno de los sistemas;
Cerrar las válvulas de los sistemas de ventilación de locales protegidos por instalaciones de extinción de incendios por gas cuando los ventiladores de los sistemas de ventilación de estos locales estén apagados;
Garantizar un caudal mínimo de aire exterior en sistemas con caudal variable, etc.
1.1.5 Funciones regulatorias
Las funciones reguladoras (mantenimiento automático de los parámetros establecidos) son fundamentales por definición para los sistemas de ventilación de suministro y extracción que funcionan con flujo variable, recirculación de aire y calentamiento de aire.
Estas funciones se realizan mediante circuitos de control cerrados, en los que el principio de retroalimentación está presente explícitamente: los dispositivos de control convierten la información sobre el objeto proveniente de los sensores en acciones de control. En la Fig. La Figura 1.3 muestra un ejemplo de un circuito de control de temperatura del aire de suministro en un acondicionador de aire de conducto. La temperatura del aire se mantiene mediante un calentador de agua a través del cual pasa el refrigerante. El aire que pasa por el calentador se calienta. La temperatura del aire después del calentador de agua se mide mediante un sensor (T), luego su valor se envía a un dispositivo de comparación (CD) del valor de temperatura medido y la temperatura establecida. Dependiendo de la diferencia entre la temperatura de consigna (Tset) y el valor de temperatura medida (Tism), el dispositivo de control (P) genera una señal que afecta al actuador (M - accionamiento eléctrico de la válvula de tres vías). El actuador eléctrico abre o cierra la válvula de tres vías hasta una posición en la que el error:
e = Tust - Tismo
será mínimo.
Arroz. 1.3 - Circuito de control de temperatura del aire de impulsión en un conducto de aire con intercambiador de calor de agua: T - sensor; EE.UU. - dispositivo de comparación; R - dispositivo regulador; M - actuador
Así, la construcción de un sistema de control automático (ACS) en función de los requisitos de precisión y otros parámetros de su funcionamiento (estabilidad, oscilación, etc.) se reduce a la elección de su estructura y elementos, así como a la determinación de la parámetros del controlador. Normalmente, esto lo realizan especialistas en automatización que utilizan la teoría de control clásica. Solo señalaré que la configuración del controlador está determinada por las propiedades dinámicas del objeto de control y la ley de control seleccionada. La ley de regulación es la relación entre las señales de entrada (?) y salida (Uр) del regulador.
La más simple es la ley de regulación proporcional, ¿en cuál? y Uр están interconectados por un coeficiente constante Kp. Este coeficiente es el parámetro de ajuste de dicho regulador, que se denomina regulador P. Su implementación requiere el uso de un elemento de refuerzo regulable (mecánico, neumático, eléctrico, etc.), que puede funcionar tanto con como sin el uso de una fuente de energía adicional.
Una de las variedades de controladores P son los controladores posicionales, que implementan una ley de control proporcional en Kp y generan una señal de salida Uр, que tiene un cierto número de valores constantes, por ejemplo, dos o tres, correspondientes a dos o tres. controladores de posición. Estos reguladores a veces se denominan reguladores de relé debido a la similitud de sus características gráficas con las de un relé. El parámetro de configuración para dichos controladores es el valor de la zona muerta De.
En la tecnología de automatización de sistemas de ventilación, los reguladores de dos posiciones, debido a su simplicidad y confiabilidad, han encontrado una amplia aplicación en la regulación de temperatura (termostatos), presión (presostatos) y otros parámetros del estado del proceso.
Los reguladores todo-nada también se utilizan en sistemas de protección automática, enclavamientos y modos de funcionamiento de equipos de conmutación. En este caso, sus funciones las realizan sensores-relés.
A pesar de las ventajas indicadas de los reguladores P, tienen un gran error estático (con valores pequeños de Kp) y una tendencia a la autooscilación (con valores grandes de Kp). Por lo tanto, ante mayores requisitos para las funciones reguladoras de los sistemas de automatización en términos de precisión y estabilidad, se utilizan leyes de control más complejas, por ejemplo, las leyes PI y PID.
Además, la temperatura de calentamiento del aire se puede regular mediante un regulador P, que funciona según el principio de equilibrio: aumenta la temperatura cuando su valor es inferior al valor establecido y viceversa. Esta interpretación de la ley también ha encontrado aplicación en sistemas que no requieren alta precisión.
1.2 Análisis de los esquemas de automatización estándar existentes para la ventilación de talleres de producción.
Existen varias implementaciones estándar de automatización del sistema de ventilación de suministro y extracción, cada una de ellas tiene una serie de ventajas y desventajas. Me gustaría señalar que a pesar de la presencia de muchos esquemas y desarrollos estándar, es muy difícil crear un sistema de control automático que sea flexible en las condiciones relativas a la producción en la que se implementa. Así, para diseñar un sistema de control automático de ventilación de aire, se requiere un análisis exhaustivo de la estructura de ventilación existente, un análisis de los procesos tecnológicos del ciclo de producción, así como un análisis de los requisitos de protección laboral, ecológicos, eléctricos y contra incendios. Se requiere seguridad. Además, a menudo las armas autopropulsadas diseñadas están especializadas en relación con su campo de aplicación.
En cualquier caso, los siguientes grupos suelen considerarse como datos iniciales típicos en la etapa de diseño inicial:
1. Datos generales: ubicación territorial del objeto (ciudad, distrito); tipo y finalidad del objeto.
2. Información sobre el edificio y los locales: planos y secciones que indiquen todas las dimensiones y elevaciones con respecto al nivel del suelo; indicación de categorías de locales (en planos arquitectónicos) de acuerdo con las normas de seguridad contra incendios; disponibilidad de áreas técnicas indicando sus tamaños; ubicación y características de los sistemas de ventilación existentes; características de los portadores de energía;
3. Información sobre el proceso tecnológico: dibujos del proyecto tecnológico (planos) que indiquen la ubicación de los equipos tecnológicos; especificación del equipo que indique las capacidades instaladas; características del régimen tecnológico: número de turnos de trabajo, número promedio de trabajadores por turno; modo de funcionamiento del equipo (funcionamiento simultáneo, factores de carga, etc.); la cantidad de emisiones nocivas al aire (MPC de sustancias nocivas).
Los datos iniciales para calcular la automatización del sistema PVV son:
Rendimiento del sistema existente (energía, intercambio de aire);
Lista de parámetros del aire sujetos a regulación;
Límites reglamentarios;
Funcionamiento de la automatización al recibir señales de otros sistemas.
Así, la ejecución del sistema de automatización se diseña en base a las tareas que se le asignan, teniendo en cuenta normas y reglas, así como datos y diagramas iniciales generales. La elaboración de un diagrama y la selección de equipos para un sistema de ventilación automática se realizan de forma individual.
Presentemos los diagramas estándar existentes de los sistemas de control de ventilación de suministro y extracción y caractericemos algunos de ellos en cuanto a la posibilidad de aplicación para resolver los problemas del proyecto de diploma (Fig. 1.4 - 1.5, 1.9).
Arroz. 1.4 - ACS para ventilación de flujo directo
Estos sistemas de automatización han encontrado un uso activo en fábricas, fábricas y locales de oficinas. El objeto de control aquí es un armario de automatización (panel de control), los dispositivos de fijación son sensores de canal, el efecto de control se ejerce sobre los motores de los ventiladores y de las compuertas. También hay un ACS para calefacción/refrigeración de aire. De cara al futuro, se puede observar que el sistema que se muestra en la Fig. 1.4a es un prototipo de un sistema que debe usarse en el sitio de moldeo por inyección de la Planta Óptico-Mecánica JSC Vologda. La refrigeración del aire en las instalaciones de producción es ineficaz debido al volumen de estas instalaciones, y la calefacción es un requisito previo para el correcto funcionamiento de las armas autopropulsadas.
Arroz. 1.5- Ventilación ACS con intercambiadores de calor
La construcción de sistemas de control autopropulsados para calentadores de aire mediante intercambiadores de calor (recuperadores) permite solucionar problemas de consumo excesivo de energía (para calentadores eléctricos) y problemas de emisiones al medio ambiente. El significado de recuperación es que el aire que se elimina irremediablemente de una habitación, a una temperatura establecida en la habitación, intercambia energía con el aire exterior entrante, cuyos parámetros, por regla general, difieren significativamente de los establecidos. Aquellos. En invierno, el aire de escape caliente extraído calienta parcialmente el aire de impulsión exterior y, en verano, el aire de escape más frío enfría parcialmente el aire de impulsión. En el mejor de los casos, la recuperación puede reducir los costes energéticos para procesar el aire suministrado en un 80 %.
Técnicamente, la recuperación en la ventilación de suministro y extracción se realiza mediante intercambiadores de calor giratorios y sistemas con refrigerante intermedio. De este modo, obtenemos una ganancia tanto en el calentamiento del aire como en la reducción de la apertura de las compuertas (se permite más tiempo de inactividad para los motores que controlan las compuertas); todo esto proporciona una ganancia global en términos de ahorro de energía.
Los sistemas de recuperación de calor son prometedores y se están implementando activamente en lugar de los antiguos sistemas de ventilación. Sin embargo, vale la pena señalar que estos sistemas cuestan inversiones de capital adicionales, pero su período de recuperación es relativamente corto y la rentabilidad es muy alta. Además, la ausencia de emisiones constantes al medio ambiente aumenta el desempeño ambiental de dicha organización de automatización PVV. El funcionamiento de un sistema con recuperación de calor del aire (recirculación de aire) se presenta de forma simplificada en la Fig. 1.6.
Arroz. 1.6 - Funcionamiento del sistema de intercambio de aire con recirculación (recuperación)
Los recuperadores de flujo cruzado o de placas (Fig. 1.5 c, d) constan de placas (aluminio), que representan un sistema de canales para el flujo de dos corrientes de aire. Las paredes de los canales son comunes para el suministro y el escape de aire y se transmiten fácilmente. Debido a la gran superficie de intercambio y al flujo de aire turbulento en los canales, se logra un alto grado de recuperación de calor (transferencia de calor) con una resistencia hidráulica relativamente baja. La eficiencia de los recuperadores de placas alcanza el 70%.
Arroz. 1.7 - Organización del intercambio de aire de armas autopropulsadas por PVV basadas en recuperadores de placas.
Sólo se utiliza el calor sensible del aire de escape porque El aire de suministro y de escape no se mezclan de ninguna manera, y el condensado formado cuando se enfría el aire de escape es retenido por el separador y eliminado por el sistema de drenaje de la bandeja de drenaje. Para evitar la congelación del condensado a bajas temperaturas (hasta -15°C), se establecen requisitos adecuados para la automatización: debe garantizar la parada periódica del ventilador de suministro o la eliminación de parte del aire exterior hacia un canal de derivación, sin pasar por los canales del recuperador. . La única limitación en el uso de este método es la intersección obligatoria de las ramas de suministro y escape en un solo lugar, lo que en el caso de una simple modernización del ACS impone una serie de dificultades.
Los sistemas de recuperación con refrigerante intermedio (Fig. 1.5 a, b) son un par de intercambiadores de calor conectados por una tubería cerrada. Un intercambiador de calor está ubicado en el conducto de escape y el otro en el conducto de suministro. Una mezcla de glicol que no se congela circula en un circuito cerrado, transfiriendo calor de un intercambiador de calor a otro y, en este caso, la distancia desde la unidad de suministro de aire a la unidad de escape puede ser bastante significativa.
La eficiencia de recuperación de calor con este método no supera el 60%. El costo es relativamente alto, pero en algunos casos ésta puede ser la única opción de recuperación de calor.
Arroz. 1.8 - El principio de recuperación de calor mediante un refrigerante intermedio.
Intercambiador de calor giratorio (intercambiador de calor giratorio, recuperador): es un rotor con canales para el paso de aire horizontal. Parte del rotor está en el canal de escape y otra parte en el canal de suministro. Al girar, el rotor recibe calor del aire de escape y lo transfiere al aire de suministro, y se transfiere tanto el calor sensible como latente, así como la humedad. La eficiencia de la recuperación de calor es máxima y alcanza el 80%.
Arroz. 1.9 - ACS PVV con recuperador rotativo
La limitación en el uso de este método viene impuesta principalmente por el hecho de que hasta el 10% del aire de escape se mezcla con el aire de suministro y, en algunos casos, esto es inaceptable o indeseable (si el aire tiene un nivel significativo de contaminación). . Los requisitos de diseño son similares a los de la versión anterior: las máquinas de suministro y escape están ubicadas en un solo lugar. Este método es más caro que el primero y se utiliza con menos frecuencia.
En general, los sistemas con recuperación son entre un 40% y un 60% más caros que sistemas similares sin recuperación, pero los costos operativos diferirán significativamente. Incluso con los precios actuales de la energía, el tiempo de recuperación de la inversión de un sistema de recuperación no supera las dos temporadas de calefacción.
Me gustaría señalar que el ahorro de energía también está influenciado por los algoritmos de control. Sin embargo, siempre se debe tener en cuenta que todos los sistemas de ventilación están diseñados para determinadas condiciones medias. Por ejemplo, el caudal de aire exterior se determinó para un número de personas, pero en realidad puede haber menos del 20% del valor aceptado en la habitación; por supuesto, en este caso, el caudal de aire exterior calculado será claramente excesivo; el funcionamiento de la ventilación en modo excesivo conducirá a una pérdida irrazonable de recursos energéticos. En este caso, es lógico considerar varios modos de funcionamiento, por ejemplo, invierno/verano. Si la automatización es capaz de establecer dichos modos, los ahorros son obvios. Otro enfoque está asociado con la regulación del flujo de aire exterior en función de la calidad del ambiente de gas en la habitación, es decir, El sistema de automatización incluye analizadores de gases nocivos y selecciona el valor del caudal de aire exterior para que el contenido de gases nocivos no exceda los valores máximos permitidos.
1.3 Investigación de mercado
Actualmente, todos los principales fabricantes de equipos de ventilación del mundo están ampliamente representados en el mercado de la automatización para la ventilación de suministro y extracción, y cada uno de ellos se especializa en la producción de equipos en un segmento determinado. Todo el mercado de equipos de ventilación se puede dividir en las siguientes áreas de aplicación:
Uso doméstico y semiindustrial;
Fines industriales;
Equipos de ventilación para fines “especiales”.
Dado que el proyecto de tesis examina el diseño de automatización para sistemas de suministro y escape de instalaciones industriales, para comparar el desarrollo propuesto con los disponibles en el mercado, es necesario seleccionar paquetes de automatización similares existentes de fabricantes conocidos.
Los resultados de un estudio de marketing de los paquetes de armas autopropulsadas PVV existentes se presentan en el Apéndice A.
Así, como resultado de una investigación de mercado, se examinaron varias de las armas autopropulsadas más utilizadas de diferentes fabricantes y, mediante el estudio de su documentación técnica, se obtuvo la siguiente información:
Composición del correspondiente paquete de arma autopropulsada PVV;
Registro de parámetros de control (presión en conductos de aire, temperatura, limpieza, humedad del aire);
Marca del controlador lógico programable y sus equipos (software, sistema de comando, principios de programación);
Disponibilidad de conexiones con otros sistemas (se proporciona comunicación con las automáticas contra incendios, hay soporte para protocolos de red local);
Diseño de protección (seguridad eléctrica, seguridad contra incendios, protección contra el polvo, inmunidad al ruido, protección contra la humedad).
2. Descripción de la red de ventilación de un taller de producción como objeto de control automático.
En general, sobre la base de los resultados del análisis de los enfoques existentes para la automatización de sistemas de ventilación y preparación de aire, así como de las revisiones analíticas de los esquemas estándar, se puede concluir que las tareas consideradas en el proyecto de diploma son relevantes. Actualmente, está siendo considerado y estudiado activamente por las oficinas de diseño especializadas (SKB).
Observo que existen tres enfoques principales para implementar la automatización del sistema de ventilación:
Enfoque distribuido: implementación de automatización de sopladores de aire basada en equipos de conmutación local, cada ventilador es controlado por el dispositivo correspondiente.
Este enfoque se utiliza para diseñar la automatización de sistemas de ventilación relativamente pequeños en los que no se espera una mayor expansión. Él es el más viejo. Las ventajas de este enfoque incluyen, por ejemplo, el hecho de que en caso de accidente en una de las ramas de ventilación controlada, el sistema realiza una parada de emergencia sólo para este enlace/sección. Además, este enfoque es relativamente sencillo de implementar, no requiere algoritmos de control complejos y simplifica el mantenimiento de los dispositivos del sistema de ventilación.
Enfoque centralizado: implementación de la automatización de la ventilación del aire basada en un grupo de controladores lógicos o un controlador lógico programable (PLC), todo el sistema de ventilación se controla de forma centralizada de acuerdo con el programa y los datos especificados.
Un enfoque centralizado es más confiable que uno distribuido. Todo control del PVV es rígido y se realiza sobre la base de un programa. Esta circunstancia impone requisitos adicionales tanto para escribir el código del programa (se deben tener en cuenta muchas condiciones, incluidas acciones en situaciones de emergencia) como para una protección especial del control PLC. Este enfoque ha encontrado aplicación para pequeños complejos administrativos e industriales. Se distingue por configuraciones flexibles, la capacidad de escalar el sistema a límites razonables, así como la capacidad de combinar el sistema de manera móvil de acuerdo con un principio organizativo mixto;
Enfoque mixto: utilizado al diseñar sistemas grandes (una gran cantidad de equipos controlados con un rendimiento enorme), es una combinación de un enfoque distribuido y centralizado. En general, este enfoque supone una jerarquía de niveles encabezada por una computadora de control y “microcomputadoras” esclavas, formando así una red de producción de control global en relación con la empresa. En otras palabras, este enfoque es un enfoque centralizado distribuido con despacho del sistema.
En cuanto al problema resuelto en el diseño de la tesis, lo más preferible es un enfoque centralizado para la implementación de la automatización PVV. Dado que el sistema se está desarrollando para pequeñas instalaciones de producción, es posible utilizar este enfoque para otras instalaciones con el objetivo de combinarlas posteriormente en un único sistema de cañón autopropulsado.
A menudo, los gabinetes de control de ventilación cuentan con una interfaz que permite monitorear el estado del sistema de ventilación con información que se muestra en un monitor de computadora. Sin embargo, vale la pena señalar que esta implementación requiere complicaciones adicionales del programa de control, la capacitación de un especialista que monitorea la condición y toma decisiones operativas basadas en datos obtenidos visualmente de los sensores de sondeo. Además, siempre existe un factor inherente de error humano en situaciones de emergencia. Por lo tanto, la implementación de esta condición es más bien una opción adicional al diseño del paquete de automatización PVV.
2.1 Descripción del sistema de control automático existente para el suministro y ventilación por extracción de los talleres de producción.
Para garantizar el principio básico de ventilación de los talleres de producción, que es mantener los parámetros y la composición del aire dentro de límites aceptables, es necesario suministrar aire limpio a los lugares de trabajo de los trabajadores con la posterior distribución del aire por toda la habitación.
Abajo en la Fig. 2.1 muestra una ilustración de un sistema típico de ventilación de suministro y extracción, similar al que está disponible en el sitio de implementación.
El sistema de ventilación de una instalación de producción consta de ventiladores, conductos de aire, dispositivos de entrada de aire exterior, dispositivos para limpiar el aire entrante y saliente y dispositivos de calentamiento de aire (calentador de agua).
El diseño de los sistemas de suministro y ventilación de escape existentes se llevó a cabo de acuerdo con los requisitos de SNiP II 33-75 “Calefacción, ventilación y aire acondicionado”, así como GOST 12.4.021-75 “SSBT. Sistema de ventilación. Requisitos generales", que especifica los requisitos para la instalación, puesta en servicio y funcionamiento.
La purificación del aire contaminado emitido a la atmósfera se lleva a cabo mediante dispositivos especiales: separadores de polvo (utilizados en el área de producción de moldeo por inyección), filtros de conductos de aire, etc. Debe tenerse en cuenta que los separadores de polvo no requieren control adicional y son se activa cuando se enciende la ventilación de escape.
Además, la depuración del aire extraído de la zona de trabajo se puede realizar en cámaras de sedimentación de polvo (sólo para polvo grueso) y precipitadores eléctricos (para polvo fino). La purificación del aire de gases nocivos se lleva a cabo utilizando sustancias absorbentes y descontaminantes especiales, incluidas las que se aplican a los filtros (en las celdas filtrantes).
Arroz. 2.1 - Sistema de ventilación de suministro y extracción del taller de producción 1 - dispositivo de entrada de aire; 2 - calentadores para calefacción; 3- ventilador de suministro; 4 - conducto de aire principal; 5 - ramas de conductos de aire; 6 - boquillas de suministro; 7 - succión local; 8 y 9 - maestría. conducto de aire de escape; 10 - separador de polvo; 11 - extractor de aire; 12 - eje para liberar aire purificado a la atmósfera
La automatización del sistema existente es relativamente sencilla. El proceso tecnológico de ventilación es el siguiente:
1. comienzo del turno de trabajo: se pone en marcha el sistema de ventilación de suministro y extracción. Los ventiladores son accionados por un dispositivo de arranque centralizado. En otras palabras, el panel de control consta de dos arrancadores: para arranque y parada/apagado de emergencia. El turno dura 8 horas, con una hora de descanso, es decir, el sistema está inactivo en promedio 1 hora durante el horario laboral. Además, este control "interconectado" es económicamente ineficaz, ya que conduce a un consumo excesivo de energía.
Cabe señalar que no existe una necesidad industrial de que la ventilación por extracción funcione constantemente, es recomendable encenderla cuando el aire esté contaminado o, por ejemplo, cuando sea necesario eliminar el exceso de energía térmica del área de trabajo.
2. La apertura de las compuertas de entrada de aire también se controla mediante un equipo de arranque local, el aire con parámetros ambientales (temperatura, limpieza) es aspirado hacia los conductos de aire por el ventilador de suministro debido a la diferencia de presión.
3. El aire extraído del ambiente externo pasa a través de un calentador de agua, se calienta a los valores de temperatura permitidos y se bombea a la habitación a través de conductos de aire a través de boquillas de suministro. El calentador de agua proporciona un calentamiento significativo del aire, el calentador se controla manualmente, un especialista en instalación eléctrica abre la válvula de compuerta. Durante el verano, la calefacción está apagada. Como refrigerante se utiliza agua caliente suministrada desde la sala de calderas interna. No existe un sistema automático de control de la temperatura del aire, lo que supone un gran desperdicio de recursos.
Características del uso de un sistema de control para una instalación de ventilación de suministro basado en el controlador MC8.2. Funcionalidad básica del controlador. Un ejemplo de una especificación para automatizar la instalación de ventilación de suministro para un circuito basado en MC8.2.
trabajo práctico, añadido el 25/05/2010
Análisis comparativo de características técnicas de diseños típicos de torres de enfriamiento. Elementos de los sistemas de abastecimiento de agua y su clasificación. Modelo matemático del proceso de suministro de agua de reciclaje, selección y descripción de equipos y controles de automatización.
tesis, agregada el 04/09/2013
Fundamentos del funcionamiento del sistema de control automático de ventilación de suministro y extracción, su construcción y descripción matemática. Equipos de proceso tecnológico. Selección y cálculo del regulador. Estudio de la estabilidad del ATS, indicadores de su calidad.
trabajo del curso, agregado 16/02/2011
Descripción del proceso de tratamiento térmico y húmedo de productos a base de hormigón cemento. Control automatizado del proceso de ventilación de la cámara de vapor. Seleccionar el tipo de manómetro diferencial y calcular el dispositivo de restricción. Circuito de medida de un potenciómetro automático.
trabajo del curso, añadido el 25/10/2009
Mapa de la ruta tecnológica para el procesamiento de una rueda helicoidal. Cálculo de tolerancias y dimensiones máximas para el procesamiento del producto. Desarrollo de un programa de control. Justificación y selección del útil de sujeción. Cálculo de ventilación de locales industriales.
tesis, agregada el 29/08/2012
Características del complejo diseñado y elección de la tecnología del proceso de producción. Mecanización del suministro de agua y abrevadero de animales. Cálculo tecnológico y selección de equipos. Sistemas de ventilación y calefacción de aire. Cálculo de intercambio de aire e iluminación.
trabajo del curso, añadido el 01/12/2008
Sistema de ventilación de suministro, su estructura interna y relación de elementos, valoración de las ventajas y desventajas de uso, requisitos de equipamiento. Medidas de ahorro energético, automatización del control de sistemas de ventilación energéticamente eficientes.
trabajo del curso, añadido el 08/04/2015
Desarrollo de un esquema tecnológico para la automatización de un suelo calentado eléctricamente. Cálculo y selección de elementos de automatización. Análisis de requisitos en el esquema de control. Determinación de indicadores básicos de confiabilidad. Precauciones de seguridad al instalar equipos de automatización.
trabajo del curso, añadido el 30/05/2015
Equipos para el proceso tecnológico de reformado catalítico. Características del mercado de equipos de automatización. Selección de complejos informáticos de control y equipos de automatización de campo. Cálculo y selección de ajustes del regulador. Medios técnicos de automatización.
tesis, agregada el 23/05/2015
Descripción tecnológica del esquema estructural del proyecto para automatizar el proceso de procesamiento de gases saturados de hidrocarburos. Estudio del esquema funcional del automatismo y justificación de la elección del equipo de instrumentación para la instalación. Modelo matemático del lazo de control.
Predecir el régimen térmico en áreas atendidas es una tarea multifactorial. Se sabe que el régimen térmico se crea mediante sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado. Sin embargo, al diseñar sistemas de calefacción, no se tiene en cuenta el impacto de los flujos de aire creados por otros sistemas. Esto se debe en parte al hecho de que la influencia de los flujos de aire en el régimen térmico puede ser insignificante dada la movilidad del aire estándar en las áreas atendidas.
El uso de sistemas de calefacción radiante requiere nuevos enfoques. Esto incluye la necesidad de cumplir con las normas de exposición humana en los lugares de trabajo y tener en cuenta la distribución del calor radiante sobre las superficies internas de las estructuras de cerramiento. De hecho, con la calefacción radiante, estas superficies se calientan predominantemente, lo que, a su vez, libera calor en la habitación por convección y radiación. Es gracias a esto que se mantiene la temperatura del aire interior requerida.
Como regla general, para la mayoría de los tipos de locales, además de los sistemas de calefacción, se requieren sistemas de ventilación. Por tanto, cuando se utilizan sistemas de calefacción radiante de gas, la habitación debe estar equipada con sistemas de ventilación. El intercambio de aire mínimo en habitaciones con liberación de gases y vapores nocivos está estipulado en SP 60.13330.12. La calefacción, ventilación y aire acondicionado se realizan al menos una vez y, a una altura de más de 6 m, al menos 6 m 3 por 1 m 2 de superficie del suelo. Además, el rendimiento de los sistemas de ventilación también viene determinado por la finalidad del local y se calcula a partir de las condiciones de asimilación de calor o emisión de gases o compensación de la succión local. Naturalmente, también se debe comprobar la cantidad de intercambio de aire y el estado de asimilación de los productos de combustión. La compensación del volumen de aire eliminado se realiza mediante sistemas de ventilación de suministro. En este caso, un papel importante en la formación del régimen térmico en las áreas atendidas pertenece a los chorros de suministro y al calor que aportan.
Método de investigación y resultados.
Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar un modelo matemático aproximado de los complejos procesos de transferencia de calor y masa que ocurren en una habitación bajo calefacción y ventilación radiante. El modelo matemático es un sistema de ecuaciones de equilibrio aire-calor para volúmenes y superficies características de una habitación.
La solución del sistema le permite determinar los parámetros del aire en las áreas atendidas para varias opciones para colocar dispositivos de calefacción radiante, teniendo en cuenta la influencia de los sistemas de ventilación.
Consideremos la construcción de un modelo matemático usando el ejemplo de una instalación de producción equipada con un sistema de calefacción radiante y sin otras fuentes de calor. Los flujos de calor de los emisores se distribuyen de la siguiente manera. Las corrientes convectivas suben a la zona superior debajo del techo y transfieren calor a la superficie interior. El componente radiante del flujo de calor del emisor es percibido por las superficies internas de las estructuras de cerramiento externas de la habitación. A su vez, estas superficies desprenden calor por convección al aire interior y por radiación a otras superficies internas. Parte del calor se transfiere a través de las estructuras de cerramiento exteriores al aire exterior. El diagrama de cálculo de la transferencia de calor se muestra en la Fig. 1a.
Consideremos la construcción de un modelo matemático usando el ejemplo de una instalación de producción equipada con un sistema de calefacción radiante y sin otras fuentes de calor. Las corrientes convectivas suben a la zona superior debajo del techo y transfieren calor a la superficie interior. El componente radiante del flujo de calor del emisor es percibido por las superficies internas de las estructuras de cerramiento externas de la habitación.
A continuación, consideraremos la construcción de un diagrama de circulación del flujo de aire (Fig. 1b). Adoptemos un acuerdo de intercambio de aire de “recarga”. El aire se suministra en cantidad. METRO en la dirección de la zona de servicio y se elimina de la zona superior con un caudal METRO en = METRO etc. En el nivel de la parte superior del área de servicio, el caudal de aire en la corriente es METRO p.El aumento en el flujo de aire en la corriente de suministro se produce debido al aire circulante desconectado de la corriente.
Introduzcamos límites condicionales de flujos: superficies en las que las velocidades sólo tienen componentes normales a ellas. En la Fig. 1b, los límites del flujo se muestran con una línea discontinua. Luego destacamos los volúmenes calculados: área de servicio (espacio con presencia constante de personas); volúmenes de chorro de suministro y flujos convectivos de pared. La dirección de los flujos convectivos de las paredes depende de la relación entre las temperaturas de la superficie interna de las estructuras de cerramiento externas y el aire circundante. En la Fig. La Figura 1b muestra un diagrama con un flujo convectivo de pared descendente.
Entonces, la temperatura del aire en el área de servicio. t wz se forma como resultado de la mezcla de aire de los chorros de suministro, los flujos convectivos de las paredes y el calor convectivo de las superficies internas del piso y las paredes.
Teniendo en cuenta los esquemas desarrollados de intercambio de calor y circulación del flujo de aire (Fig. 1), elaboraremos ecuaciones de equilibrio calor-aire para los volúmenes asignados:
Aquí Con— capacidad calorífica del aire, J/(kg °C); q desde es la potencia del sistema de calefacción radiante de gas, W; q con y q* c - transferencia de calor por convección desde las superficies internas de la pared dentro del área de servicio y la pared sobre el área de servicio, W; t página, t c y t wz — temperatura del aire en la corriente de suministro a la entrada de la zona de trabajo, en el flujo convectivo de la pared y en la zona de trabajo, °C; q tp - pérdida de calor de la habitación, W, igual a la cantidad de pérdida de calor a través de las estructuras de cerramiento externas:
El flujo de aire en la corriente de suministro en la entrada al área de servicio se calcula utilizando las dependencias obtenidas por M. I. Grimitlin.
Por ejemplo, para distribuidores de aire que crean chorros compactos, el caudal del chorro es igual a:
Dónde metro— coeficiente de atenuación de la velocidad; F 0 — área de la sección transversal del tubo de entrada del distribuidor de aire, m 2 ; X— distancia desde el distribuidor de aire hasta la entrada al área de servicio, m; A n es el coeficiente no isotérmico.
El flujo de aire en el flujo convectivo cercano a la pared está determinado por:
Dónde t c es la temperatura de la superficie interior de las paredes exteriores, °C.
Las ecuaciones de balance de calor para superficies límite tienen la forma:
Aquí q C , q*C, q pl y q pt - transferencia de calor por convección desde las superficies internas de la pared dentro del área de servicio - paredes sobre el área de servicio, piso y revestimiento, respectivamente; q tp.s, q* tp.s, q tp.pl, q tp.pt - pérdida de calor a través de las estructuras correspondientes; W. Con, W.*C, W. pl, W. pt: flujos de calor radiante del emisor que llegan a estas superficies. La transferencia de calor por convección está determinada por la dependencia conocida:
Dónde metro J es un coeficiente determinado teniendo en cuenta la posición de la superficie y la dirección del flujo de calor; F J—superficie, m2; Δ t J es la diferencia de temperatura entre la superficie y el aire circundante, °C; j— índice de tipo de superficie.
Pérdida de calor q tJ se puede expresar como
Dónde t n — temperatura del aire exterior, °C; t J—temperatura de las superficies internas de las estructuras de cerramiento externas, °C; R Y R n - resistencia térmica y transferencia de calor de la valla exterior, m 2 °C/W.
Se obtuvo un modelo matemático de los procesos de transferencia de calor y masa bajo la acción combinada de calefacción radiante y ventilación. Los resultados de la solución permiten obtener las principales características del régimen térmico a la hora de diseñar sistemas de calefacción radiante para edificios de diversos usos equipados con sistemas de ventilación.
El calor radiante fluye desde los emisores de los sistemas de calefacción radiante. wj se calculan a través de las áreas de radiación mutua utilizando el método de orientación arbitraria de los emisores y las superficies circundantes:
Dónde Con 0 es la emisividad de un cuerpo absolutamente negro, W/(m 2 K 4); ε IJ: grado reducido de emisividad de las superficies involucradas en el intercambio de calor. I Y j; h IJ - área de radiación mutua de superficies I Y j, m2 ; t I es la temperatura media de la superficie radiante, determinada a partir del balance térmico del radiador, K; t J es la temperatura de la superficie receptora de calor, K.
Al sustituir expresiones para flujos de calor y caudales de aire en los chorros, obtenemos un sistema de ecuaciones que son un modelo matemático aproximado de los procesos de transferencia de calor y masa durante el calentamiento radiante. Se pueden utilizar programas informáticos estándar para resolver el sistema.
Se ha obtenido un modelo matemático de los procesos de transferencia de calor y masa bajo la acción combinada de calefacción radiante y ventilación. Los resultados de la solución permiten obtener las principales características del régimen térmico a la hora de diseñar sistemas de calefacción radiante para edificios de diversos usos equipados con sistemas de ventilación.
