Modelo del sistema de combustión de un horno de Clinker de proceso húmedo

Combustion System Model of a Wet Process Clinker Kiln

En este trabajo se presenta el modelo del proceso de combustión de un horno rotatorio de Clinker, el cual se obtiene a partir de un balance de energía representado en el calor que se genera por la combustión de carbón y la forma como se distribuye aquel en todo el proceso. Se utilizan datos de las variables reales del proceso, obtenidas del sistema de control mediante OLE for Process Control, las cuales se operan con datos experimentales y variables que se asumen como constantes. El modelo obtenido se ajusta con dos herramientas: mínimos cuadrados y filtro Infinite Impulse Response de primer orden. Se valida y comprueba el modelo y sus ajustes utilizando dos herramientas estadísticas: diagrama de cajas y bigotes y un método de ocho métricas estadísticas relacionadas por una función difusa. La utilización de estas herramientas evidencia un desempeño satisfactorio del modelo planteado.

INTRODUCCIÓN

Modelar o identificar el proceso de combustión de un horno no es fácil porque éste se describe como un sistema no lineal de parámetros distribuidos y variables en el tiempo (Shahriari y Tarasiewicz, 2009; Ortiz, Suárez, y Nelson, 2005). Aunque algunos han intentado representarlo como un proceso lineal de parámetros distribuidos (Mintus, Hamel, y Krumm, 2006), las técnicas más utilizadas en la última década son las derivadas del control avanzado como las redes neuronales (Ziatabari, Fatehi, y Beheshti, 2008; Stadler, Poland, y Gallestey, 2011; Li, 2010; Liu, 2009), el control difuso (Feng et al, 2010; Xue y Li, 2010; Holmblad y Østergaard, 1995; Wang y Kwok, 1992), sistemas expertos (Wang, Dong y Yuan, 2010; Wang et al., 2007; King, 1992) o la combinación de varios de estos métodos (Wang y Kwok, 1992). El modelo desarrollado en Patisson, Lebas y Hanrot (2000) calcula los perfiles de temperatura en la carga, el gas y las paredes del horno, así como la composición del gas y la eliminación de elementos volátiles. En este estudio se presenta un modelo basado en un balance de masa y energía en el que intervienen variables como la energía requerida para las transformaciones químicas y físicas necesarias para obtener el producto deseado (clinker). Las transformaciones químicas implicadas están relacionadas con el proceso de oxidación de los componentes elementales del combustible y los óxidos obtenidos en el clinker.