ALIGAS

ALIGAS es un proyecto colaborativo liderado por el Departamento de Biomasa de CENER (Centro Nacional de Energías Renovables) en el que participa como socio AIN (Asociación de la Industria Navarra), y en concreto su Departamento de Medida, Control y Comunicaciones.

Este proyecto de I+D llego a su tercer y último año de ejecución, y tras finalizar las actividades planificadas, se valora muy positivamente los resultados conseguidos. La solución final adoptada ha sido el uso de tres controladores específicos, parametrizados según el tipo de material alimentado (paja, astilla y pellet) o densidad en el HMI/SCADA; con estos tres controladores, se ha conseguido que la alimentación de las biomasas y residuos heterogéneos al reactor sea más estable, precisa y fiable que con el sistema de control actual.

Un controlador es un dispositivo que, mediante un algoritmo o conjunto de instrucciones, permite controlar un sistema para que alcance el estado de salida deseado. El control automático desempeña un papel muy importante en los procesos de manufactura, industriales, químicos, navales, aeroespaciales, robótica, económicos, biológicos, etc. Los controladores fueron inventados para simplificar las labores de los operadores en las plantas y ejercer un mejor control sobre las operaciones. Algunas de las aplicaciones más comunes son: controles de temperatura (por ejemplo en calentadores o refrigeradores), controles de nivel (por ejemplo en tanques de líquidos como agua, lácteos, mezclas, crudo, etc.), controles de presión (para mantener una presión determinada en tanques, tubos, recipientes, etc.) y controles de caudal (para mantener el caudal dentro de una línea o tubería). En el caso específico de este proyecto, se han desarrollado mejoras en el control de caudal de alimentación de sólidos, para su implantación en calderas de biomasa y en otros procesos de valorización.

Durante la realización de este proyecto se han llevado a cabo una serie de pruebas con distintas biomasas, tanto en la planta piloto de torrefacción como en la planta piloto de gasificación del “Centro de Biorrefinería y Bioenergía” (BIO2C) que tiene CENER en la localidad de Aoiz. A través de estas pruebas realizadas en ambas plantas, se han identificado los problemas del controlador actual del sistema de alimentación, se ha analizado la idoneidad del cálculo del caudal y se ha verificado que el sistema se comporta de forma muy distinta según la densidad del material, especialmente según el tipo de biomasa o residuo alimentado (paja, astilla o pellet).

Una vez identificados los sistemas de alimentación actual tanto en lazo abierto como en lazo cerrado, el trabajo siguiente fue el cálculo de nuevos controladores más eficientes para estos sistemas. Se desarrollaron controladores PIDs y MPCs (controladores predictivos por modelo). En el diseño de estos controladores tuvo un mayor peso el reducir el rebasamiento máximo que la rapidez de actuación. Esto es debido a que no es imprescindible que el sistema actúe con mucha rapidez porque su dinámica es muy lenta, pero sobre todo porque incrementos rápidos en el caudal de material alimentado, pueden provocar aumentos repentinos en la temperatura del reactor, que pueden causar la parada de las plantas.

Estos nuevos controladores o algoritmos de control se verificaron primeramente mediante simulación, pero luego se programaron y se integraron en las plantas piloto de CENER. Finalmente, se validaron a través de pruebas en planta con distintas biomasas, resultando en una gran mejora de su comportamiento, ya que evitan los picos iniciales en los pasos de control en lazo abierto a lazo cerrado, se logra reducir la variabilidad del caudal por medio de los filtros implementados y se limita la pendiente máxima de caudal para impedir problemas en el reactor de planta.

Los resultados conseguidos con el desarrollo de este proyecto tienen una importante aplicación en la valorización energética de biomasas y de residuos heterogéneos, ya que resuelve una problemática operativa real que tienen actualmente en muchas plantas industriales a la hora de alimentar estos combustibles. Con la solución final adoptada, se consigue una mayor estabilidad operacional en el control del caudal de alimentación de biomasas y residuos heterogéneos, a través de la parametrización de la propiedad que define su comportamiento, en este caso la densidad.