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Modelado de una caldera de vapor en bloques constitutivos en Simulink

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Publication date
2016-07-06
Defense date
2016-07-19
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Este proyecto consiste en el desarrollo de un modelo sobre Simulink de diferentes sistemas térmicos ampliamente extendidos en la industria, que en su conjunto ofrecen el funcionamiento de una caldera de vapor pirotubular a leña. En concreto, bajo una estructura modular, en dicho modelo encontraremos: - Modelo de un horno con combustión de leña basado en un balance estequiométrico y energético de la reacción. - Modelo de un intercambiador de calor humos-agua en ebullición basado en el método NTU de intercambiadores de calor. - Modelo de un calderín basado en un balance másico y energético orientado a la generación de vapor. Este proyecto apunta a un acercamiento al mundo de los sistemas térmicos desde la perspectiva de la ingeniería de sistemas y control (especialmente a lo referente a combustión y generación de vapor); así como a ofrecer una herramienta sencilla, bajo una interfaz simple, que permita analizar y entender los parámetros fundamentales de dichos sistemas y sus efectos sobre las diferentes variables resultado, obteniendo resultados numéricos y gráficos cuya interpretación pueda considerarse sencilla para alguien que tenga nociones básicas de los sistemas y procesos modelados. Finalmente, cabe señalar la utilidad de dicho modelo para estudiar estrategias de control al tratarse de un sistema MIMO (Multiple Input Multiple Output), donde encontramos no-linealidad, tiempos muertos y respuestas inversas entre otras características.
This project is based on the development of a model of different thermal systems which are widespread in the industry and whose joint work offers the behavior of a steam boiler with wood as fuel. Following a modular structure, this model includes: - Furnace model with wood combustion based on a stoichiometric and an energetic balance of the reaction. - Heat exchanger model with fumes and boiling water based on NTU method for heat exchangers. - Boiler model based on a mass and an energetic balance focused on steam generation. This project is an approach to thermal systems from the view of systems and control engineering (specially referred to combustion and steam generation). Besides, it provides a simple tool, with a clear interface, which allows analyzing and understanding the main parameters of these systems and their effects on the outcomes, getting graphical and numerical results whose interpretation could be easy to understand by anybody whit basic knowledges on these systems and processes. Finally, it should be noted the usefulness of this model for studying control strategies on it, because it is a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, nonlinear, with dead times, inverse responses, as well as other features.
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Keywords
Calderas de vapor, Combustión, Transferencia de calor, Intercambiadores de calor, Simulink
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