Likewise, a controller was designed that allows monitoring and visualization of variables related to the biomass combustion process. An HMI interface was also implemented for visualization of the variables by the user.
Introducción
Descripción del Problema
Por tanto, es necesario introducir un sistema de control que funcione de forma autónoma y pueda mantener variables termodinámicas estables. Por lo que se propone un diseño de control que permita alcanzar esta temperatura y mantener un punto de ajuste estable.
Justificación
En algunos otros casos, la falta de energía solar no permite terminar su proceso en el tiempo especificado, por lo que los productores se ven afectados en la comercialización de su producto. De esta manera, es fundamental que los productores implementen mecanismos técnicos para garantizar las condiciones de secado, utilizando tecnología sustentable para la eficiencia de este proceso, tomando en cuenta que gracias a la cáscara de la fruta se puede obtener una gran ventaja para el proceso de secado.
Objetivos
Objetivo General
Objetivos Específicos
Estado del Arte
Las pruebas experimentales demostraron que el exceso de aire y su distribución producen una mayor cantidad de CO, por lo que un control eficaz de la distribución del aire es fundamental. Ortega (2018) propone en su tesis la construcción de un horno pirolítico, un equipo de laboratorio que puede ser transportado para trabajos de campo. La idea principal de este equipo es que permite obtener carbón vegetal de tu propia biomasa desde Colombia.
Marco Teórico
- Especificaciones de Diseño
- Trabajo Previo
- Análisis Computacional
- Espacio de Estados
- Control PID
- Metodología de Diseño
La temperatura máxima del sistema se encuentra en la parte inferior de la curva y alcanza los 510 °C. Donde 𝜂 es la eficiencia, 𝑄𝑎 es el calor absorbido por el aire y 𝑄𝑇 es la potencia térmica de la biomasa.
Modelo Matemático
Modelado de Tornillo Sinfín
Modelado de la Combustión
- Ecuaciones Termodinámicas de la Combustión
- Flujos y Composición Elemental
La combustión es un proceso de transformación de la materia que comienza con un aporte de energía y que, en presencia de oxígeno, da lugar a la formación de nuevas sustancias y a la liberación de energía en forma de calor y luz. Cuando se produce la reacción química entre el combustible, en este caso los pellets (el que arde) y el comburente, se obtiene como productos de la reacción química oxígeno (el que lo hace arder), en general, CO2, H2O y como corresponde al residuo mineral los granos. La combustión completa requiere la presencia de suficiente oxígeno para que todo el carbono y el hidrógeno del combustible puedan convertirse en dióxido de carbono y agua.
A continuación calculamos la masa del agua, esta se determina a partir de la humedad inicial y la humedad final del grano. Para estudiar la combustión se requieren una serie de ecuaciones fundamentales que permitan modelar su comportamiento basándose en equilibrios y termodinámica. Van Loo y Koppejan afirman que el estudio de la combustión es complejo porque, en particular, intervienen diferentes variables. El libro The El Manual de combustión y cocombustión de biomasa presenta estas ecuaciones. La temperatura de llama adiabática es la temperatura que se alcanza cuando un combustible se quema en aire u oxígeno sin ganancia ni pérdida de calor al medio ambiente.
Modelado del Intercambiador de Calor
- Razón de cambio de la transferencia de calor q
- Coeficiente de convección interno hi
La tasa de transferencia de calor (q) se toma como una cantidad positiva y se entiende que el fluido pasa de caliente a frío, según la segunda ley de la termodinámica. Cuando hablamos de factor de corrección, debemos saber que se puede definir como una medida de la desviación de la variación de temperatura medida. Según Cengel et al., (2012), el factor de correlación se encuentra a partir de las correlaciones de las diferentes temperaturas de entrada y salida, obteniendo las relaciones P y R, la efectividad de la temperatura del intercambiador en el lado frío y la tasa de cambio de capacidad calorífica respectivamente, y se expresan mediante las siguientes ecuaciones.
La conductividad térmica está representada por la suma de las conductividades involucradas en el proceso, en la ecuación (28) las conductividades están representadas en función de los radios de la tubería. Cuando un fluido fluye a través de una tubería, pueden ocurrir dos tipos de flujo, flujo laminar o flujo turbulento, dependiendo de la velocidad, la viscosidad del fluido y el tamaño de la tubería, por lo que el flujo laminar tiende a ocurrir a velocidades. más alto. Donde el número de Nusselt se determina tomando en cuenta los flujos que se desarrollan dentro del tubo como se presenta en (Pinto y Rodríguez, 2022).
Perdidas de Calor en Tuberías (conducción a través del solido)
- Cálculo de calor perdido
Perdida de Energía en Accesorios
- Perdidas en la Entrada
- Perdidas en la Salida
- Caudal de Salida
Balance General
Distribución de Aire Primario y Secundario
Balance Energético
- Flujo Másico del Aire
- Flujo Másico de la Biomasa
- Flujo másico de la Ceniza
- Flujo Másico del Gas
Instrumentación
Sensor de Temperatura y Humedad
Dispositivos de Procesamiento
Parametrización
- Parámetros del Tornillo Sinfín
- Parámetros de la Combustión
- Composición de los Pellets de Cacao
- Poderes Caloríficos
- Poder Calorífico Superior
- Poder Calorífico Inferior
- Densidad de los Gases de Combustión
- Cálculos Adicionales
- Flujo Másico de Gases
- Volumen de Gases
- Flujo Volumétrico de los Gases
- Flujo Másico del Aire
- Flujo Volumétrico del Aire
- Parámetros del Intercambiador
- Identificación de Flujos Másicos
- Flujo del Aire de Secado
- Velocidad de los Gases
- Temperatura de Salida de los Gases
- Coeficiente Global de Transferencia
- Cálculo del Aire Primario y Secundario
Se debe obtener una buena mezcla entre los gases combustibles y el aire suministrado en el tiempo requerido. Todo el proceso requiere una temperatura lo suficientemente alta como para quemar la mayor parte de la biomasa, pero no para derretir o fusionar las cenizas. Para determinar la temperatura adiabática y la temperatura de reblandecimiento es necesario conocer la composición elemental de los pellets de cacao; los datos se obtienen del fabricante, como se ve en el Anexo (A).
En el proceso de realización de la prueba y seguimiento de la producción de aire caliente mediante la quema de biomasa de cacao, se utiliza un anemómetro digital Gm8901 (Ver Figura 29) para medir el flujo de aire de secado. . Dado que el flujo de aire de secado depende de la frecuencia de rotación del ventilador, el primer factor permanece constante.
Ubicación de Sensores
Controlador
Espacio de Estados
Se crean dos modelos, un sistema de caja negra, que se basa en los resultados de las pruebas y un sistema de caja gris, que es la combinación del sistema de caja blanca y caja negra, con el objetivo de que el modelo desarrollado pueda funcionar mejor. controlar. Se definen los parámetros con los que vamos a trabajar y se deja una aproximación para que se pueda ajustar con las pruebas. Se realizó una estimación de datos en Matlab utilizando la herramienta iddent, dando como resultado una respuesta del 79,07% para el controlador.
Interfaz HMI
La tercera ventana (Ver figura 45) pertenece a la visualización de las variables del proceso, en esta ventana se pueden ver las temperaturas y los lugares donde se encuentran los sensores instalados, permitiendo su monitoreo continuo, y finalmente la última ventana es que se puede usar manualmente. el dispositivo eligiendo la velocidad de los enfriadores de combustión interna y la cantidad de combustible que se alimentará.
Validación
El objetivo de este controlador es mantener la temperatura de salida para evitar que el grano se cierre por cambios en el mismo y reducir su humedad, como se puede observar en el primer gráfico, el gráfico de temperatura es una comparación de la temperatura de salida con la temperatura ambiente. , cuya temperatura de salida (gráfica roja) llega a la temperatura de consigna, mostrando cambios durante el proceso, estos cambios pueden ocurrir debido a la fuerte corriente de entrada de aire ya que el aire que se inyecta es aire frío, cambios bruscos de clima y humedad del pellet. puede interferir con el control del sistema. En el segundo gráfico tenemos humedad versus temperatura, en este caso a mayor temperatura menor humedad, por lo que el sistema debe transferir calor con la mínima humedad posible para minimizar el contenido de humedad del cacao. frijoles.
Conclusiones
Se cambió el combustible ya que la cáscara de cacao estaba húmeda y no permitía la combustión. f) El diseño no era completamente hermético provocando pérdidas de calor. Lo anterior provocó la migración a otro diseño donde se realizaron las correcciones respectivas para una nueva prueba. Este nuevo diseño fue en el que se trabajó para completar este proyecto porque a pesar de algunas correcciones realizadas para este nuevo diseño, se encontraron algunas. Otras fallas, pero muy mínimas, que no afectan su funcionalidad, quedan como propuesta para la ejecución del proyecto a escala, las mejoras en cuanto a la ubicación de los ventiladores de admisión de aire y la posibilidad práctica de quitar el tornillo para un posible mantenimiento. . También se concluye con este proyecto que la humedad presente en el pellet afecta directamente la combustión, por lo que se debe precalentar el horno para generar al menos 100 °C para que se evapore toda la humedad, esto se debe hacer.
Se concluye que la instalación interna del tanque asegura que la temperatura del aire de escape siempre aumente, aunque la combustión no se realice en el interior de manera estable. El aceite asegura que la temperatura se estabilice, pero también afecta el desempeño y control exacto, pues aunque el sistema no suministra oxígeno ni combustible, el tanque permanece a la misma temperatura hasta que ya no recibe la temperatura interna que dejan los restantes gases de combustión. . Cabe señalar que el diseño de este controlador se realizó bajo las condiciones establecidas por las unidades tecnológicas, ya que debía trabajar con los actuadores que instalaba la máquina, como los enfriadores, y debía operar bajo el rendimiento que estos pudieran proporcionar. . Finalmente, se concluye que la comparación entre el sistema simulado, el modelado y las condiciones reales de operación muestra una clara diferencia, ya que las temperaturas varían debido a perturbaciones del sistema, la biomasa y el proceso general de combustión.
Recomendaciones y Trabajo Futuro
Diseño y fabricación de un prototipo de quemador estacionario que utiliza cáscara de jatropha curca como combustible, p.e. Un horno de pirólisis de laboratorio móvil para la producción de biocarbón a partir de residuos de biomasa vegetal colombiana. Estudio de eficiencia de cámara de combustión para biomasa densificada (pellets), uso de control en suministro de combustible y extracción de cenizas, comparación del poder calorífico experimental con el obtenido en equipos especializados [tesis de posgrado].
Diseño y construcción de un sistema híbrido de calentamiento de aire mediante combustión de biomasa y radiación solar, utilizando PCM como fuente de almacenamiento térmico, para secado de yuca.
