Tesis doctoral de Juan Manuel Ojeda Sarmiento
En esta tesis doctoral, se discuten contribuciones al estudio y diseño de controladores avanzados y su aplicación en hornos de fusión. Para ello, se ha analizado este tipo de plantas en detalle. El caso de estudio es una planta isasmelt en el sur de perú, que procesa anualmente 1.200.000 toneladas de concentrado de cobre. El sistema de control actual opera sobre un sistema de control distribuido. La estructura principal incluye una estrategia de cascada para regular la temperatura del baño fundido. Las variables manipuladas son el aire enriquecido con oxígeno y los flujos de alimentación de petróleo. La tasa de enriquecimiento se ajusta periódicamente por el operador con el fin de mantener la temperatura de oxidación. Este diseño de control produce desviaciones de temperatura en el rango entre 15ºc y 30ºc con relación al valor de consigna, que causa desgastes del ladrillo refractario y daños a la lanza, lo cual encarece los costos de producción. la estructura de control propuesta está orientada a reducir las desviaciones de temperatura. Los cambios consisten en mejorar el control de las variables de estado de equilibrio termodinámico: la temperatura del baño en el horno, el grado de mata (%cu) y el contenido de escí²ria en la sílice (%sio2). El diseño incluye un módulo difuso para ajustar la proporción oxígeno/nitrógeno y un predictor metalúrgico para estimar la composición del material fundido. El controlador difuso emula al mejor operador de horno mediante la manipulación de la tasa de enriquecimiento de oxígeno y el flujo de alimentación de pétróleo con el fin de controlar la temperatura de baño. El modelo humano es seleccionado teniendo en cuenta la experiencia del operador en el control de la temperatura del horno (y considerando el principio de buenas prácticas del instituto australiano de minería y metalurgia). Esta estructura se complementa con un predictor basado en redes neuronales, que estima las variables medidas de material fundido como cobre (%cu) y el contenido de sílice (%sio2). En el método actual, esas variables se calculan después de efectuar análisis químicos de la escoria en intervalos de una hora, por lo tanto se introducen tiempos de retardo en la operación. para probar la estructura de control propuesta, la operación del horno ha sido modelada teniendo en cuenta los balances de masa y energía del material fundido. Este modelo se ha simulado en una plataforma de matlab-simulink (previamente validada mediante la comparación de variables de salida real y simulada: temperatura de baño y presión en la punta de la lanza) como referencia para hacer comparaciones técnicas entre la actual y la estructura de control propuesta. Para evaluar sistemáticamente los resultados de estas operaciones, se han definido algunas propuestas originales sobre indicadores que se relacionan con las variables de productividad y costos. Estos indicadores, complementados con indicadores tradicionales, permiten evaluar cualitativamente los resultados de las comparativas de control. estos indicadores de productividad complementan las medidas de desempeño tradicionales y mejoran la información sobre la eficiencia del sistema de control. El resultado principal muestra que la estructura de control propuesta presenta un mejor rendimiento en el control de temperatura del baño fundido que el sistema actual (la estimación de la composición del material resultante es de gran ayuda para alcanzar esta mejora). El error relativo cuadrático medio de la temperatura se reduce de 0,72% al 0,21% (72%) y la desviación estándar de temperatura de 27,8ºc a 11,1ºc (aprox. 60%). Los indicadores de productividad establecen asimismo un menor consumo de materias primas (13%) y de energía (29%).
Datos académicos de la tesis doctoral «Contribution to the study and design of advanced controllers.«
- Título de la tesis: Contribution to the study and design of advanced controllers.
- Autor: Juan Manuel Ojeda Sarmiento
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 09/10/2013
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Josep María Fuertes I Armengol
- Tribunal
- Presidente del tribunal: marga Marcos muñoz
- mercé Segarra rubí (vocal)
- (vocal)
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