Sin energía, nada funciona. Por eso es tan importante obtener nuestra energía de fuentes sostenibles y asegurarnos de que funcionan de la forma más eficiente posible. Los conceptos de control basado en modelos permiten ahora a las pequeñas y medianas plantas de combustión de biomasa sacar el máximo partido a sus equipos.
La energía es uno de nuestros productos básicos más valiosos, pero los últimos meses han dejado clara la enorme influencia que tiene en nuestra vida cotidiana. Mientras buscamos soluciones al aumento de los costes y a la dependencia de los combustibles fósiles, todas las miradas se dirigen a las energías renovables. La energía sostenible no solo protege nuestro medio ambiente, sino que también está disponible en diversas formas en todo el mundo.
Además de las tres grandes (la eólica, la hidráulica y la solar), la combustión de biomasa es una opción ecológica para generar energía. Una de las mayores preocupaciones de los operarios de centrales de biomasa es la eficiencia: ¿Cuánto de lo que entra en su proceso sale en forma de energía útil? Además, reciben presiones para reducir las emisiones de sus plantas. Para lograr ambos objetivos, el proceso de combustión debe estar perfectamente adaptado a los materiales utilizados.
Aquí es precisamente donde entra Seamtec, especialista austriaco en tecnología de control innovadora. "Ayudamos a los operarios de plantas de calefacción urbana a optimizar sus sistemas y a mejorar la eficiencia", explica el fundador y director ejecutivo de Seamtec, Peter Reiter. "Lo hacemos mediante un enfoque holístico que incorpora el sistema eléctrico y de control, la caldera y también la combustión y el control de la red. Además integramos los sistemas de consumo en la red mediante una tecnología de telecontrol personalizada".
Especialmente en las plantas de biomasa más pequeñas, el enfoque convencional sigue siendo regular parámetros como la presión y la temperatura mediante controles PID, que se basan en gran medida en suposiciones y reglas generales para el ajuste de los parámetros. "Eso da lugar a lazos de control que suelen ser estables, pero no óptimos", explica Reiter. "En el proceso de combustión influyen muchas variables interdependientes. Simplemente no hay manera de representar esa complejidad con un control PID".
En la búsqueda de nuevas soluciones para aumentar la eficiencia de las plantas de combustión de biomasa pequeñas y medianas, Seamtec se ha inspirado en sus homólogas de mayor tamaño. "Allí ya se utiliza con gran éxito el control basado en modelos", comenta Reiter.
En un sistema multivariable como una planta de combustión, los controles PID clásicos ofrecen resultados mediocres en el mejor de los casos. "Los valores reales fluctúan mucho y pueden desviarse considerablemente de los valores objetivo deseados", explica Reiter. "Ello te obliga a establecer unos valores objetivo muy conservadores". Con el control basado en modelos, existe muy poca desviación entre los valores objetivo y los valores reales. "Puedes establecer tus objetivos mucho más cerca de los límites del sistema y hacer que el proceso general resulte mucho más eficiente", explica Reiter.
El control de la planta basado en modelos suele requerir mucho más tiempo y esfuerzo que una solución con controles PID. Hasta ahora, las plantas más pequeñas no obtenían suficiente rendimiento de esta inversión añadida en desarrollo para que fuera rentable. "Nuestro objetivo era encontrar una forma de implantar el control basado en modelos de una forma rentable para operaciones más pequeñas, que van desde unos cientos de kilovatios a unos pocos megavatios de potencia", comenta Reiter.
Seamtec eligió a B&R como socio para implementar esta idea. "Hemos tenido mucho éxito gracias a nuestra estrecha colaboración con B&R, que comenzó en 2009. Cuando nos pusimos en contacto con ellos para este proyecto, enseguida quedó claro que la herramienta MATLAB/Simulink integrada en su entorno de desarrollo era exactamente lo que necesitábamos", explica Reiter. "Supimos enseguida que B&R sería nuestro socio preferido también para este proyecto".
Utilizando un sistema de prueba, los desarrolladores de las dos empresas trabajaron conjuntamente para desarrollar el concepto de control para Seamtec. "El camino hacia el diseño final no siempre fue sencillo, pero con la ayuda de B&R pudimos salvar todos los escollos que surgieron sobre la marcha. Incluso con el tamaño relativamente pequeño de nuestra empresa, recibimos una asistencia de primera clase que siempre nos ofreció una solución rápida", comenta Reiter.
La solución de control basada en MATLAB/Simulink comprende módulos para cada uno de los procesos que intervienen en una planta de combustión de biomasa. Los desarrolladores de Seamtec comienzan por profundizar en el comportamiento del proceso de una planta y lo mapean de la forma más realista posible en Simulink. Ello les permite diseñar un algoritmo de control que se adapte a la planta y que pueda probarse y ajustarse en una simulación.
El sistema de control modular de Seamtec se basa en el hardware y el software de B&R. La herramienta de ingeniería Automation Studio de B&R incorpora B&R Simulink Target, una interfaz integrada que facilita a los desarrolladores la importación del algoritmo de control con solo unos clics.
Una de las mayores ventajas del control basado en modelos es que todas las pruebas pueden realizarse en una simulación para detectar los errores a tiempo, cuando son más baratos y fáciles de solucionar. Ya no es necesario realizar pruebas en el sistema real y arriesgarse a dañar equipos costosos. El mismo enfoque puede utilizarse para ajustar todos los parámetros de proceso. La generación automática de código reduce considerablemente el esfuerzo de programación.
Seamtec ha demostrado el potencial del control basado en modelos para plantas de calefacción más pequeñas, por ejemplo, una planta de calefacción urbana con tres bombas en paralelo: "Implementamos una estrategia de interconexión de las bombas que enciende una, dos o las tres bombas en función del punto de funcionamiento óptimo", explica Reiter. "Ello nos permitió maximizar la eficiencia de la planta en el rango correspondiente, minimizando las pérdidas de energía".
Seamtec también observa beneficios potenciales del control basado en modelos en otros métodos sostenibles de generación de energía. "Hemos recibido varias consultas interesantes del sector hidroeléctrico", señala Reiter. "En ese campo también se adaptaría perfectamente el control basado en modelos".
El tema de la sostenibilidad y las soluciones para un uso más consciente de los recursos han sido las principales prioridades de Seamtec desde su fundación en 2009. "La tierra, la naturaleza, la región, la gente... son cosas que llevamos muy dentro. Mejorar el bienestar a través de la sostenibilidad exige inteligencia y conocimientos. Estos valores son nuestra motivación constante para encontrar formas de optimizar las plantas para la generación de energía sostenible", comenta Reiter.
Autor: Carola Schwankner, editora de comunicaciones corporativas de B&R
Del modelo al código en unos pocos clics
Automation Studio Target for Simulink ofrece una interfaz para la generación automática de código desde MATLAB/Simulink para los autómatas de B&R. Con las herramientas de simulación y desarrollo MATLAB/Simulink y Automation Studio solo se necesitan unos minutos para convertir un modelo de sistema en un código fuente de alta calidad.
Acerca de Seamtec
La empresa austriaca Seamtec ayuda a sus clientes a optimizar los procesos, interconectar las plantas, ahorrar recursos y aumentar la eficiencia. "Somos expertos en la nube, pioneros y proveedores de soluciones cuando se trata de tecnología de automatización y procesos de control", afirma Peter Reiter, fundador de Seamtec.
"Cuando nos pusimos en contacto con B&R para este proyecto, enseguida quedó claro que la herramienta MATLAB/Simulink integrada en su entorno de desarrollo era exactamente lo que necesitábamos".
