Implementación de una estrategia de control para el dosificado automático de cisco en el quemador de una secadora de café estática

El presente proyecto de grado, tuvo como propósito implementar una estrategia de control para el dosificado de cisco en el quemador de una secadora de café estática, para mantener una temperatura constante a la salida, buscando así, una posible solución a la problemática que presentan las secadoras...

Full description

Autores:: Alba Gil, Julián Camilo
Calderón Larrotta, José Fernando

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2020

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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description	El presente proyecto de grado, tuvo como propósito implementar una estrategia de control para el dosificado de cisco en el quemador de una secadora de café estática, para mantener una temperatura constante a la salida, buscando así, una posible solución a la problemática que presentan las secadoras de café mecánicas, a las cuales se les dificulta mantener las condiciones óptimas de secado recomendadas por Cenicafé, en cuanto a temperatura de secado y humedad del grano de café pergamino seco se refiere. Para ello, se inició con una revisión exhaustiva del estado del arte, donde se evidencia la necesidad de automatizar las secadoras, principalmente su quemador de cisco. Basándose de la unión de las metodologías de Didier Casner y Kevin Craig, se modela, se parametriza y se compara el proceso de intercambio de calor en el interior del quemador de cisco dispuesto por la empresa Penagos Hermanos y Compañía S.A.S., para posteriormente diseñar dos controladores, uno PID y otro LQR, los cuales fueron implementados y comparados en una unidad de control móvil que se construyó para ser acoplada al quemador. Debido a la emergencia sanitaria causada por el COVID-19, la validación de dicha unidad tuvo un componente de simulación, donde se obtuvieron temperaturas de secado adecuadas con errores bajos ante perturbaciones de flujo de aire y de temperatura ambiente.
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Para ello, se inició con una revisión exhaustiva del estado del arte, donde se evidencia la necesidad de automatizar las secadoras, principalmente su quemador de cisco. Basándose de la unión de las metodologías de Didier Casner y Kevin Craig, se modela, se parametriza y se compara el proceso de intercambio de calor en el interior del quemador de cisco dispuesto por la empresa Penagos Hermanos y Compañía S.A.S., para posteriormente diseñar dos controladores, uno PID y otro LQR, los cuales fueron implementados y comparados en una unidad de control móvil que se construyó para ser acoplada al quemador. Debido a la emergencia sanitaria causada por el COVID-19, la validación de dicha unidad tuvo un componente de simulación, donde se obtuvieron temperaturas de secado adecuadas con errores bajos ante perturbaciones de flujo de aire y de temperatura ambiente.1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 11 1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................................. 11 1.2. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................................... 11 2. OBJETIVOS ............................................................................................................................. 14 2.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................... 14 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................... 14 3. ESTADO DEL ARTE................................................................................................................ 15 3.1. EL SECADO MECÁNICO DEL CAFÉ ......................................................................................... 15 3.2. APROVECHAMIENTO EFICIENTE DE LA ENERGÍA EN EL SECADO MECÁNICO DEL CAFÉ .............. 15 3.3. MODELAMIENTO Y SIMULACIÓN MATEMÁTICA EN EL SECADO MECÁNICO DE CAFÉ PERGAMINO . 15 3.4. CONTROL DE CAUDAL Y TEMPERATURA DE AIRE EN EL SECADO MECÁNICO DE CAFÉ ............... 15 3.5. AUTOMATIZACIÓN DE SECADOR DE CAFÉ (TIPO SILO) DE LABORATORIO ................................ 15 3.6. DYNAMIC MODELING OF COFFEE BEANS DRYER - MODELADO DINÁMICO DE UN SECADOR DE GRANOS DE CAFÉ ............................................................................................................................ 16 3.7. MODELAMIENTO Y DISEÑO DE UN SECADOR ESTÁTICO DE CAFÉ PERGAMINO (SILO DE CAFÉ) ... 16 3.8. DISEÑO DE UN SISTEMA CONTINUO DE SECADO DE MAÍZ PARA LA EMPRESA AGROPECUARIA CAMPO VERDE ................................................................................................................................ 16 4. MARCO TEÓRICO................................................................................................................... 17 4.1. TRABAJO PREVIO ............................................................................................................... 17 4.2. ESPACIO DE ESTADOS ........................................................................................................ 18 4.3. CONTROL ÓPTIMO CUADRÁTICO .......................................................................................... 19 4.4. METODOLOGÍA DE DISEÑO .................................................................................................. 20 5. MODELADO MATEMÁTICO ................................................................................................... 21 5.1. MODELADO DEL TORNILLO SINFÍN ........................................................................................ 21 5.2. MODELADO DE LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN ........................................................................ 22 5.2.1. Ecuaciones termodinámicas de la combustión ....................................................... 22 5.2.2. Ecuación resultante................................................................................................. 27 5.3. MODELADO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR ....................................................................... 27 5.3.1. Razón de cambio de la transferencia de calor .................................................... 28 5.3.2. Balance general ...................................................................................................... 35 5.3.3. Distribución de aire primario y secundario .............................................................. 35 6. INSTRUMENTACIÓN .............................................................................................................. 36 6.1. SENSORES DE TEMPERATURA ............................................................................................. 36 6.2. DISPOSITIVOS DE PROCESAMIENTO Y CONTROL ................................................................... 37 6.3. INSTRUMENTACIÓN PARA ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL .................................................... 38 7. PARAMETRIZACIÓN .............................................................................................................. 41 7.1. PARÁMETROS DEL TORNILLO SINFÍN .................................................................................... 41 7.2. PARÁMETROS DE LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN ..................................................................... 42 7.2.1. Composición del cisco ............................................................................................ 43 7.2.2. Temperatura de ablandamiento .............................................................................. 43 7.2.3. Poderes caloríficos.................................................................................................. 43 6 7.2.4. Oxigeno necesario .................................................................................................. 44 7.2.5. Nitrógeno del aire .................................................................................................... 44 7.2.6. Aire necesario ......................................................................................................... 44 7.2.7. Gases de combustión ............................................................................................. 44 7.2.8. Temperatura adiabática de la llama ........................................................................ 44 7.2.9. Determinación del tiempo de residencia ................................................................. 45 7.2.10. Cálculos adicionales ............................................................................................... 46 7.3. PARÁMETROS DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR ................................................................... 47 7.3.1. Identificación de flujos másicos .............................................................................. 47 7.3.2. Coeficiente de convección externo .................................................................... 49 7.3.3. Coeficiente de convección interno ..................................................................... 50 7.3.4. Temperatura de salida de los gases ....................................................................... 51 7.3.5. Factor de corrección ............................................................................................... 51 7.3.6. Coeficiente global de transferencia ......................................................................... 51 7.3.7. Energía transferida.................................................................................................. 51 7.3.8. Cálculo del aire primario y secundario .................................................................... 52 8. CONTROLADOR ..................................................................................................................... 53 8.1. ESPACIO DE ESTADOS ........................................................................................................ 53 8.1.1. Respuestas transitorias .......................................................................................... 53 8.2. SIMULACIÓN....................................................................................................................... 55 8.2.1. Comportamiento de los controladores .................................................................... 56 8.2.2. Implementación de los controladores ..................................................................... 57 9. UNIDAD MOVIL DE CONTROL .............................................................................................. 59 9.1. DISEÑOS CAD ................................................................................................................... 59 9.2. CONSTRUCCIÓN Y ACONDICIONAMIENTOS ............................................................................ 61 9.3. PROGRAMACIÓN ................................................................................................................ 64 9.3.1. Código en Arduino .................................................................................................. 64 9.3.2. Código en Python.................................................................................................... 66 10. VALIDACIÓN ....................................................................................................................... 70 11. SUGERENCIAS ................................................................................................................... 76 12. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 77 13. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 78PregradoThe present degree project, as purpose had implemented a control strategy to harness the cisco pouring inside the burner of a static coffee dryer in order to keep a constant temperature in the out, in this way, looking for the problematic’s solutions of mechanic coffee dryers, to which it’s difficult to hold optimal drying conditions recommended by Cenicafé, specially for drying temperature and coffee grain moisture. Thus, an exhaustive state of art research was initiated, from it was clear the need to automatize dryers, mainly its cisco burner. Based on joined methodologies of Didier Casner and Kevin Craig the heat exchanger process inside the burner cisco, provided by Penagos Hermanos y Compañía S.A.S. enterprise, was modeled, parametrized, and compared in order to design a PID and a LQR controllers, which were implemented and compared in a mobile control unit build to be connected to the burner. Due to the sanitary emergency caused by COVID-19 , the validation process of the control unit was carried out by simulation, from where appropriate drying temperatures with low errors between the air flow and ambient temperature perturbations.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaImplementación de una estrategia de control para el dosificado automático de cisco en el quemador de una secadora de café estáticaImplementation of a control strategy for the automatic dosing of cisco in the burner of a static coffee dryerIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicAutomatic dosingCoffee dryerCoffee processingThermometersIndustrial process controlCropsSeedsMecatrónicaProcesamiento del caféControl de procesos industrialesCultivosSemillasDosificado automáticoSecadora de caféSensores de temperatura[1] G. 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Implementación de una estrategia de control para el dosificado automático de cisco en el quemador de una secadora de café estática

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