Automatizacion de una caldera pirotubular

TESIS PUCP

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ
MAESTRIA EN INGENIERÍA DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

Desarrollo de un Sistema de Control Avanzado de laPresión del Vapor en una Caldera de Tubos de Fuego

Tesis presentada para optar el grado de Magíster en Ingeniería de Control y Automatización

Autor: Ing. José Renato Rodríguez Vásquez
Asesor de Tesis: Dr. Raúl Rivas Pérez. Co-Asesor: Dr. Javier Sotomayor Moriano.

PUCP - 2006

RESUMEN
Teniendo en cuenta la actual creciente crisis energética en el ámbito internacional y la evidentenecesidad de utilizar de forma inteligente y racional los combustibles fósiles, sobre todos en aquellos equipos que son considerados como alto consumidores de esta clase de combustibles, esta tesis se encuentra dirigida al desarrollo de estrategias de control avanzado de las calderas de tubos de fuego que posibiliten elevar la efectividad y fiabilidad en su funcionamiento, así como disminuir su actualconsumo de combustible y emisión de gases contaminantes al medio ambiente. Considerando que el proceso que presenta un mayor significado en funcionamiento de las calderas de tubos de fuego es el de variación de presión del vapor en su cuerpo, debido a que el control de la combustión realiza mediante el control de la presión del vapor, esta tesis presenta siguiente objetivo: el la se elDesarrollar un sistema de control avanzado de la variación de la presión del vapor en el cuerpo de una caldera de tubos de fuego, que posibilite un funcionamiento efectivo y fiable del proceso de combustión, así como una disminución del actual consumo de combustible y de los gases contaminantes del medio ambiente. Para cumplir con este objetivo es necesario desarrollar las siguientes tareas: Obtenermediante la aplicación de las técnicas de identificación de sistemas un modelo matemático (orientado al control) del proceso de variación de la presión de vapor en el cuerpo de una calderas de tubos de fuego, que describa con un adecuado nivel de exactitud el comportamiento dinámico de dicho proceso; Diseñar un sistema de control adaptativo predictivo del proceso bajo estudio; Comparar los resultados dela simulación del sistema de control adaptativo predictivo del proceso bajo estudio diseñado con los de un sistema de control clásico, de forma tal de demostrar las ventajas en relación al nivel de desempeño del sistema desarrollado. En el primer capítulo se presenta el estado del arte de la automatización de calderas, en el cual se fundamenta que estos equipos se caracterizan por presentar uncomportamiento dinámico difícil, por lo que para poder obtener un funcionamiento efectivo y fiable real resulta necesario aplicar las estrategias de control avanzado, las cuales están consideradas como una herramienta conceptual y práctica capaz de afrontar los problemas presentes en el control industrial, tanto por la estabilidad y precisión del control que proporciona como por su fácilutilización. En el segundo capítulo se desarrolla el procedimiento completo de la identificación del proceso de variación de la presión del vapor en el cuerpo de

una caldera de tubos de fuego desde el diseño del experimento hasta la validación del modelo final, considerando los conocimientos físicos previos. En el tercer capítulo se fundamenta la utilización de la estrategia de Control PredictivoGeneralizado (GPC) para el control efectivo de la variación de la presión del vapor en el cuerpo de una caldera de tubos de fuego. Se diseña un sistema de control (con controlador GPC) del proceso bajo estudio y se simula bajo distintas condiciones de operación. Se demuestra la necesidad de reajustar los parámetros del controlador cuando se originan variaciones en los parámetros dinámicos del proceso....