Sistema y método de control avanzado para la mezcla de materiales

Resumen

El proceso de mezcla de materiales es de vital importancia en los procesos de fabricación de diversas industrias y, en particular, en la del cemento. La mezcla de materiales determina las proporciones de los óxidos de calcio, silicio, aluminio y hierro de la alimentación al horno que produce el clinker, que es la base del cemento. La calidad del cemento y la energía necesaria para producirlo depende de los denominados módulos de calidad de la mezcla, que son funciones matemáticas no lineales de la proporción de los mencionados óxidos. El control satisfactorio de la mezcla de materiales ha representado hasta nuestros días un auténtico desafío para el estado del arte en la práctica y la teoría de control, que no ha podido responder de forma adecuada al mismo. El problema de control incluye el desconocimiento que generalmente se tiene de la composición de las fuentes de materiales objeto de la mezcla y de la variación aleatoria y discontinua de dichas composiciones con el tiempo, el carácter no lineal y multivariable del proceso, las interacciones inherentes del mismo, y la existencia de ruidos que afectan a las medidas de los módulos de calidad resultantes en la mezcla, ruidos de proceso, retardos y perturbaciones, entre las que hay que considerar incluso atascos en las fuentes de alimentación o fuentes que no sean ni siquiera controlables. Dada esta situación de los procesos de mezcla, se desearía una solución capaz de alcanzar la calidad deseada con las fuentes disponibles, que detecte de forma consistente posibles deficiencias de composición en las fuentes y que utilice de forma optimizada las posibles fuentes correctivas de que disponga la planta. El trabajo de tesis realizado, que presenta como preludio el estado del arte en soluciones de control para procesos de mezcla, consiste esencialmente en la creación, desarrollo tecnológico y validación, de una metodología de control que no está basada en la estimación de la composición de las fuentes, a diferencia del estado de la técnica anterior, sino únicamente en un conocimiento genérico de los distintos tipos de material. Establece una correspondencia compuesto-módulo biunívoca entre los compuestos que determinan el valor de los módulos de calidad en la mezcla y estos últimos; define los conceptos de fuente de compuesto y fuente del módulo, y utiliza un esquema de control adaptativo predictivo (ADEX) para calcular un conjunto de señales de control avanzado, definidas como porcentajes de caudal de cada fuente de compuesto contenidos en las correspondientes fuentes de módulo. A partir de dichas señales de control avanzado se determinan con facilidad los caudales a aplicar a cada uno de los alimentadores. De esta forma, la nueva metodología proporciona una solución plenamente satisfactoria y genérica al problema de control de los procesos de mezcla, en toda su complejidad previamente descrita, y lo desarrolla y aplica, en particular, al proceso de mezcla en la industria del cemento. Es capaz de diagnosticar deficiencias en las composiciones de las fuentes para alcanzar los objetivos de calidad; optimizar el uso de los materiales de los de que se dispone y utilizar, en caso necesario, fuentes correctivas minimizando su uso y, en consecuencia, reduciendo los costes de producción con el resultado de calidad especificado.