Diseño e implementación de un sistema de control para la combustión de la cascara de cacao

dc.contributor.advisorMaradey Lazaro, Jessica Gissella
dc.contributor.apolounabMaradey Lazaro, Jessica Gissella [jessica-gissella-maradey-lázaro]spa
dc.contributor.authorGarzón Oliveros, Vanessa Estefanía
dc.contributor.cvlacMaradey Lazaro, Jessica Gissella [0000040553]spa
dc.contributor.orcidMaradey Lazaro, Jessica Gissella [0000-0003-2319-1965]spa
dc.coverage.campusUNAB Campus Bucaramangaspa
dc.coverage.spatialBucaramanga (Santander, Colombia)spa
dc.coverage.temporalfebrero 2023- noviembre 2023spa
dc.date.accessioned2023-06-20T16:04:47Z
dc.date.available2023-06-20T16:04:47Z
dc.date.issued2022-12-06
dc.degree.nameIngeniero Mecatrónicospa
dc.description.abstractEste proyecto está enfocado en Implementar un sistema de control en un horno de combustión de biomasa, destinado al calentamiento del aire que se introduce en una cámara de secado, usando software y hardware especializados. Para lograr lo anterior, se realizó un procedimiento para adquisición de datos, accionamiento y control de equipos, teniendo en cuenta las variables termodinámicas que influyen en el proceso de combustión de biomasa dentro del horno y control de la temperatura del aire de secado. Luego, se analizaron las variables que intervienen en el proceso de combustión. Asimismo, se diseñó un controlador que permite el monitoreo y visualización de las variables relacionadas con el proceso de combustión de biomasa. También, se implementó una interfaz HMI para la visualización de las variables por el usuario. Finalmente, se validó el sistema automatizado, mediante la ejecución de pruebas de funcionamiento para el control de la temperatura del aire, que se introduce en una cámara de secado. La metodología usada en el transcurso de este proyecto es una metodología en V, en el cual el modelo hace referencia a la forma como el modelo compara las fases de desarrollo con las fases de control de la calidad correspondientes. Con el desarrollo del proyecto se concluye que la instalación interna del tanque, permite que la temperatura del aire de salida siempre aumenta, aunque dentro no se esté realizando la combustión de manera estable , el aceite permite estabilizar una temperatura, pero también afecta a la hora de realizar un control exacto, ya que aunque el sistema no este proporcionando oxígeno y combustible, el tanque permanece con la misma temperatura hasta que deja de recibir la temperatura interna que queda de los humos restantes de la combustión. Asimismo, la comparativa entre el sistema simulado, el modelado y las condiciones de operación reales, muestran una diferencia marcada, puesto que las temperaturas varían por las perturbaciones del sistema, la biomasa y proceso general de la combustión.spa
dc.description.abstractenglishThis project is focused on implementing a control system in a biomass combustion oven, intended for heating the air that is introduced into a drying chamber, using specialized software and hardware. To achieve the above, a procedure for data acquisition, activation and control of equipment was carried out, taking into account the thermodynamic variables that influence the biomass combustion process inside the oven and control of the drying air temperature. Then, the variables involved in the combustion process were analyzed. Likewise, a controller was designed that allows the monitoring and visualization of the variables related to the biomass combustion process. Also, an HMI interface was implemented for the visualization of the variables by the user. Finally, the automated system was validated, through the execution of functional tests for the control of the air temperature, which is introduced into a drying chamber. The methodology used in the course of this project is a V-methodology, in which the model refers to the way the model compares the development phases with the corresponding quality control phases. With the development of the project, it is concluded that the internal installation of the tank allows the temperature of the outlet air to always increase, although the combustion is not being carried out in a stable manner inside, the oil allows a temperature to be stabilized, but it also affects the time to carry out an exact control, since although the system is not providing oxygen and fuel, the tank remains at the same temperature until it stops receiving the internal temperature that remains from the remaining combustion fumes. Likewise, the comparison between the simulated system, the modeling and the real operating conditions show a marked difference, since the temperatures vary due to system disturbances, biomass and the general combustion process.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.learningmodalityModalidad Presencialspa
dc.description.sponsorshipUnidades Tecnológicas de Santander UTSspa
dc.description.tableofcontentsResumen ........................................................................................................................................ 11 Abstract ......................................................................................................................................... 12 1. Introducción ............................................................................................................................ 13 1.1 Descripción del Problema ................................................................................................... 13 1.2 Justificación ......................................................................................................................... 17 2. Objetivos ................................................................................................................................. 20 2.1 Objetivo General ................................................................................................................. 20 2.2 Objetivos Específicos .......................................................................................................... 20 3. Estado del Arte ........................................................................................................................ 21 4. Marco Teórico ......................................................................................................................... 27 4.1 Especificaciones de Diseño ................................................................................................. 28 4.2 Trabajo Previo ..................................................................................................................... 28 4.3 Análisis Computacional ...................................................................................................... 30 4.4 Espacio de Estados .............................................................................................................. 32 4.5 Control PID ......................................................................................................................... 33 4.6 Metodología de Diseño ....................................................................................................... 34 5. Modelo Matemático ................................................................................................................ 36 5.1 Modelado de Tornillo Sinfín ............................................................................................... 36 5.2 Modelado de la Combustión ............................................................................................... 37 5.2.1 Ecuaciones Termodinámicas de la Combustión. .......................................................... 38 5.2.2 Flujos y Composición Elemental. ................................................................................. 38 5.3 Modelado del Intercambiador de Calor ............................................................................... 49 5.3.1 Razón de cambio de la transferencia de calor q. .......................................................... 50 5.3.2 Coeficiente de convección interno hi ........................................................................... 56 5.4 Perdidas de Calor en Tuberías (conducción a través del solido) ......................................... 57 5.4.1 Cálculo de calor perdido .................................................................................................. 59 5.5 Perdida de Energía en Accesorios ....................................................................................... 60 5.5.1 Perdidas en la Entrada .................................................................................................. 60 5.5.2 Perdidas en la Salida ..................................................................................................... 61 5.5.3 Caudal de Salida. .......................................................................................................... 61 6. Balance General ........................................................................................................................ 62 6.1 Distribución de Aire Primario y Secundario ....................................................................... 62 6.2 Balance Energético .............................................................................................................. 62 6.2.1 Flujo Másico del Aire ................................................................................................... 63 6.2.2 Flujo Másico de la Biomasa ......................................................................................... 64 6.2.3 Flujo másico de la Ceniza ............................................................................................. 64 6.2.4 Flujo Másico del Gas. ................................................................................................... 65 7. Instrumentación......................................................................................................................... 65 7.1 Sensor de Temperatura y Humedad .................................................................................... 65 7.2 Dispositivos de Procesamiento............................................................................................ 67 8. Parametrización......................................................................................................................... 69 8.1 Parámetros del Tornillo Sinfín ............................................................................................ 69 8.2 Parámetros de la Combustión .............................................................................................. 70 8.2.1 Composición de los Pellets de Cacao. .......................................................................... 70 8.3 Poderes Caloríficos ............................................................................................................. 72 8.3.1 Poder Calorífico Superior ............................................................................................. 72 8.3.2 Poder Calorífico Inferior .............................................................................................. 72 8.3.3 Densidad de los Gases de Combustión. ........................................................................ 72 8.4 Cálculos Adicionales ........................................................................................................... 73 8.4.1 Flujo Másico de Gases. ................................................................................................. 73 8.4.2 Volumen de Gases. ....................................................................................................... 73 8.4.3 Flujo Volumétrico de los Gases. ................................................................................... 74 8.4.4. Flujo Másico del Aire .................................................................................................. 74 8.4.5 Flujo Volumétrico del Aire........................................................................................... 75 8.5. Parámetros del Intercambiador........................................................................................... 75 8.5.1 Identificación de Flujos Másicos. ................................................................................. 75 8.6 Flujo del Aire de Secado ..................................................................................................... 76 8.6.1 Velocidad de los Gases. ................................................................................................ 76 8.6.2 Temperatura de Salida de los Gases ............................................................................. 76 8.6.3 Coeficiente Global de Transferencia ............................................................................ 76 8.6.4 Cálculo del Aire Primario y Secundario ....................................................................... 77 9. Ubicación de Sensores .............................................................................................................. 77 10. Controlador ............................................................................................................................. 81 10.1 Espacio de Estados ............................................................................................................ 81 11. Interfaz HMI ........................................................................................................................... 85 12. Validación ............................................................................................................................... 88 13. Conclusiones ........................................................................................................................... 90 14. Recomendaciones y Trabajo Futuro ..................................................................................... 934 Referencias Bibliográficas .......................................................................................................... 945 Anexos ........................................................................................................................................ 967 Anexo A. Conexiones Eléctricas del Sistema ........................................................................... 97spa
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dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
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dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/20324
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dc.publisher.facultyFacultad Ingenieríaspa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
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