Mejoras implementadas en molienda

Modelado y control de molinos de caña de azúcar usando accionamientos eléctricos Modeling and control of sugar cane crushing mills using electrical drives
Esteban E. Rosero * Jose M. Ramirez** *Profesores Universidad del Valle, Grupo de Investigación en Control Industrial -GICI, Calle 13 No. 100-00, Ciudad Universitaria Meléndez, Cali, Colombia (e-mail:* emilros@univalle.edu.co,**jomiram@univalle.edu.co)

Resumen: El rendimiento de la extracción de jugo del proceso de molienda afecta la rentabilidad de una fábrica de azúcar de caña. El proceso de extracción se realiza a través de una serie de molinos que separan el jugo de la fibra de la caña; para maximizar su extracción a una taza de molienda especificada, se requiere controlar la velocidad de los accionadores y el nivel de la tolvade alimentación. Este artículo presenta el modelado dinámico no lineal a partir de principios físicos, de molinos de caña de azúcar de cuatro mazas accionados con motores eléctricos; se obtienen los parámetros y se validan los modelos. Se diseñan estrategias de control basadas en controladores en cascada y se evalúan con índices de desempeño planteados con base al objetivo principal de maximizarla extracción con confiabilidad de operación. Las estrategias propuestas se comparan en un caso de estudio vía simulación, con las existentes hasta el momento. El análisis muestra que la estrategia de control cascada de par, velocidad angular y altura de chute es la que alcanza el mejor desempeño. Palabras Clave: molinos de caña de azúcar, accionamientos eléctricos, modelado, control cascada. 1.INTRODUCCIÓN reabsorción, los estudios muestran que la máxima velocidad tangencial de la maza superior es 300 mm/s (Hugot, 1986), ya que por encima de esta velocidad se genera un mayor coeficiente de reabsorción y deslizamiento entre el bagazo y las mazas. El proceso requiere que el molino opere en el primer cuadrante de la curva par-velocidad, con par y velocidad angular variables. El molinonormalmente está accionado con una turbina térmica, un motor hidráulico o un motor eléctrico.

La estación de extracción consiste generalmente de 5 ó 6 molinos en cascada, como se muestra en la figura 1. Cada molino consta de 4 mazas. La caña preparada por las picadoras y/o desfibradoras se alimenta al primer molino por medio de un transportador de velocidad variable. El bagazo resultante del primermolino se alimenta al siguiente por medio de un transportador que opera a velocidad fija y así sucesivamente hasta el sexto. El bagazo que sale del último molino se lleva a calderas como combustible. A la entrada del último molino se adiciona agua de imbibición para diluir el jugo y extraer la sacarosa que contiene el material fibroso; el contenido de jugo que resulta de cada extracción, se envíaal molino anterior y así sucesivamente hasta el segundo. El contenido de jugo extraído por el primero y segundo molino es enviado a la etapa de proceso.

Figura 2. Molino de caña típico en Colombia. Debido a la mejora en eficiencia energética (Rosero et al., 2006) y al alto desempeño dinámico logrado en la actualidad con motores de inducción, los ingenios están cambiando las turbinas térmicaspor motores eléctricos. El motor puede girar a velocidades menores (1800, 1200 ó 900 rpm) que la turbina, con una relación de transmisión más pequeña, con menos trasmisiones mecánicas y menor par de fricción. El objetivo de la estación de extracción de caña de azúcar es maximizar la extracción y tener confiabilidad de operación minimizando las pérdidas de sacarosa en bagazo, usando como variablemanipulada el par motor mM, y como variables medidas la altura de la tolva h, la velocidad angular ω y la compactación γ. El problema es cómo controlar el par motor mM para que las pérdidas de sacarosa en bagazo sean mínimas (maximizar extracción) y haya confiabilidad de operación, sujeto a las

Figura 1. Estación de extracción de caña de azúcar de un ingenio típico. El bagazo es alimentado a la...