Diseño de protocolos de automatización para optimizar la eficiencia térmica en calderas

Abstract

Este proyecto de tesis tiene como objetivo principal mejorar la eficiencia térmica de las calderas en un 5% mediante la implementación de protocolos de automatización, específicamente a través del uso de un control PID y el control de oxígeno. Este trabajo subraya la necesidad de regular el uso de combustibles fósiles en procesos industriales como la operación de calderas. Los objetivos específicos incluyen la implementación de un control PID, la integración del control de oxígeno y la evaluación de la relación beneficio-costo del proyecto. Las hipótesis planteadas sostienen que tanto el control PID como el control de oxígeno pueden incrementar la eficiencia térmica en al menos un 5%, y que la relación beneficio-costo será favorable (mayor a la unidad). En el desarrollo de la investigación, se utiliza un modelo matemático de una caldera de 400 BHP basado en referencias previas y se realiza la simulación del proceso con ayuda de los softwares TIA Portal, Python y Visual Studio Code ajustando los parámetros PID para garantizar la estabilidad del sistema. La evaluación económica emplea el indicador de la relación beneficio-costo, el cual fue de 11.7, demostrando la viabilidad económica del proyecto. Los resultados confirman que el control Pl de oxígeno logra una mejora del 7% en la eficiencia térmica, cumpliendo con los objetivos establecidos.

This thesis project aims to improve the thermal efficiency of boilers by 5% through the implementation of automation protocols, specifically using a PID controller and oxygen control. The work emphasizes the need to regulate the use of fossil fuels in industrial processes such as boiler operation. The specific objectives include the implementation of a PID controller, the integration of oxygen control, and the evaluation of the project's cost-benefit ratio. The proposed hypotheses assert that both the PID controller and oxygen control can increase thermal efficiency by at least 5%, and that the cost-benefit ratio will be favorable (greater than one). In the investigation, it is used a mathematical model of a 400 BHP boiler is developed based on previous references and a system is simulated throughout software’s such as TIA Portal, Python and Visual Studio Code, adjusting the PID parameters to ensure system stability. The economic evaluation uses the cost-benefit ratio indicator, which was calculated to be 11.7, demonstrating the economic viability of the project. The results confirm that the oxygen Pl control achieves a 7% improvement in thermal efficiency, meeting the established objectives.