Quimica

1ª Reunión de Usuarios de EcosimPro, UNED, Madrid, 3-4 Mayo 2001

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MODELADO Y SIMULACIÓN DE UNA CALDERA DE VAPOR
INDUSTRIAL USANDO ECOSIMPRO
Susana Pelayo Díaz
Centro de Tecnología Azucarera, Universidad deValladolid
C/Real de Burgos. Edificio Alfonso VIII. Planta baja s/n 47011 Valladolid - España
Tfno: 983 42 35 63. FAX: 983 42 36 16. Email: susana@cta.uva.es

Resumen
Una calderade vapor es un sistema complejo
formado por numerosos elementos. Con Ecosimpro
se ha modelado cada elemento de forma individual,
de tal forma que la unión de dichos elementos
permita la simulación de la caldera total. Para
realizar el modelo se ha tomado como referencia una
caldera de vapor industrial real.
Palabras Clave: Simulación, EcosimPro, modelado
orientado a objetos, calderas devapor, sistemas de
control.

1

INTRODUCCIÓN

Una caldera de vapor es una unidad de proceso de
gran importancia en todo tipo de industrias. Las
necesidades de vapor de agua de una industria en
general pueden resumirse en:
- vapor como medio de calefacción directa o indirecta
- vapor como materia prima
- vapor como medio de obtención de energía eléctrica
Controlar de forma efectiva lascondiciones de
operación de una caldera es una necesidad obvia si se
tiene en cuenta que: las elevadas presiones y
temperaturas de trabajo son las principales
responsables de los problemas de peligrosidad por
riesgo de explosiones. Tampoco debe olvidarse el
aspecto económico, considerando no sólo los costes
de construcción, sino también los elevados costes de
operación (grandes cantidadesde combustibles
quemados) y los costes de mantenimiento
relacionados con las condiciones de operación ya
mencionadas.
La búsqueda de esas condiciones óptimas de
operación y el control de las mismas no es una tarea
fácil, ya que una caldera de vapor es un sistema muy
complejo en el que todas las variables están
interrelacionadas. Además, la realización de pruebas
de forma directa sobreuna caldera son difíciles de
llevar a cabo, tanto desde el punto de vista técnico,
(por los peligros derivados de la manipulación de las
condiciones de operación), como económico (tiempo
y dinero necesario). Teniendo esto en cuenta, es

necesario buscar un método alternativo de análisis: la
simulación.
La
simulación
es
la
representación
del
comportamiento de un proceso real mediante laresolución de un modelo matemático. Las ventajas
que presenta la utilización de modelos matemáticos
se resumen en:
- Se puede analizar un proceso en profundidad,
determinando qué variables o parámetros son críticos
e influyen de manera decisiva en el funcionamiento
del sistema global.
- Se facilita enormemente la búsqueda de las
condiciones óptimas de operación.
- Se pueden estudiar deuna forma segura
condiciones límite o extremas, muy alejadas de las
normales de operación para analizar sus
consecuencias.
- Se puede utilizar con finalidad didáctica:
entrenamiento de operarios.

2

OBJETIVO

Los objetivos que se han fijado a la hora de
desarrollar este trabajo pueden resumirse en:
- estudio la unidad de proceso y los elementos que la
componen.
- desarrollo unmodelo matemático dinámico y su
simulación con Ecosimpro.
- estimación parámetros y validación del modelo por
comparación con datos reales de operación
- diseño del sistema de control completo.
Este trabajo forma parte de un proyecto cuyo objetivo
final es el desarrollo de un simulador completo de
una planta de obtención de azúcar para el
entrenamiento de operarios

3

FUNCIONAMIENTO DEUNA
CALDERA DE VAPOR

El principio de funcionamiento de una caldera es
sencillo: se pretende evaporar agua y sobrecalentar el
vapor obtenido mediante la energía liberada en una
reacción de combustión. En concreto, la caldera de
vapor elegida como base para el modelado funciona
de la siguiente manera: (ver Figura 1)

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