MODELAMIENTO Y CONTROL DE UNA CALDERA

MODELAMIENTO Y CONTROL DE UNA CALDERA

Modelamiento de una caldera como un sistema de múltiples entradas y salidas:

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• Entradas: Las entradas al sistema son los tres actuadores de los que consta:

• Válvula de demanda de vapor: Esta válvula es accionada desde fuera de la caldera cuando se requiere vapor. Es la perturbación del sistema ya que su apertura es ajena a los dispositivos de la caldera.
• Válvula de entrada de agua: Esta valvula puede ser accionada desde el sistema para ´ introducir agua en la cadera.
• Valvula de entrada de gas: Esta valvula puede ser accionada desde el sistema ´ para introducir el gasóleo precisado en la combustión.

• Salidas: Las salidas del sistema son las dos variables del sistema que se desea controlar y cuyo comportamiento se mide con dos sensores:

• Sensor de nivel: Mide el nivel de agua que tiene la caldera.
• Sensor de presión: Mide la presión que tiene la caldera producto del vapor de agua.

Unidades del modelo: Las unidades que se suelen emplear en un modelo industrial están normalizadas en tanto por ciento [0 %, −100 %]. Una valvula estar ´ a cerrada para un ´ 0 % y abierto en un 100 %. Los modelos físicos tienen saturación que coincide con el rango ´ [0 %, −100 %] en sistemas normalizados.

Punto de equilibrio: La mayoría de los modelos linealizados se realizan a partir de un punto de equilibrio del sistema. En dicho punto, si las variables de entrada al sistema permanecen constantes, las variables de salida deben permanecer igualmente constantes. Modelo incremental: Los modelos lineales se suelen formular como la variación de las salidas ´ por efecto de la variación de las entradas a partir de un punto de equilibrio.

• Sistemas de primer orden con retraso: Los sistemas en la industria de procesos se suelen identificar como sistemas de primer orden con retraso por simplicidad de cálculo manteniendo ´ buenas prestaciones. Estos sistema tienen tres variables, ganancia K, tiempo de subida T y retraso L, P(s) = K T s+1 e −Ls
• Saturación a la entrada: Si el punto de equilibrio de todas las variables del sistema se sitúa de forma ideal en el valor 50 %, las plantas tienen una saturación incremental a la entrada de [−50 %, 50 %].
• Controladores de lazo cerrado: El controlador por excelencia en sistemas de procesos es el PI (Proporcional-Integral). Consta de dos parámetros ganancia proporcional Kp y tiempo de integración Ti, con la formulación P I(s) = Kp Tis+1 s

El sistema de control presenta tres variables a controlar: presión de vapor, exceso de oxígeno y nivel del agua en el calderín. Para lograr este objetivo el control podrá actuar sobre otras tres variables (mandos): combustible, aire y agua. Las variaciones en la demanda de vapor se tomarán como una perturbación medible del sistema, que como es lógico no podrá ser manipulada.

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