Tesis:
Modelización y monitorización de la calidad de la combustión en función de la información luminosa existente en la llama en calderas domésticas
- Autor: ANDUAGA SALVATIERRA, Javier
- Título: Modelización y monitorización de la calidad de la combustión en función de la información luminosa existente en la llama en calderas domésticas
- Fecha: 2007
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: ELECTRONICA FISICA
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: MUÑOZ MERINO, Elías
- Director/a 2º: ECHEVERRIA LARRAZABAL, Ander
- Resumen: Las cada vez más fuertes exigencias en el campo de la seguridad y el ahorro energético están incrementando el interés existente en el desarrollo de sensorizaciones que monitoricen la forma en la que se desarrolla la combustión. Sin embargo, debido a diversos factores como precio, fiabilidad, vida de los sensores, etc., las sensorizaciones que se implementan actualmente en calderas domesticas contemplan el aspecto seguridad, pero no así el aspecto de calidad de la combustión. En esta tesis se ha desarrollado un método de monitorización de la calidad de la combustión, aplicable a calderas domésticas, que permite conocer, de forma rápida y fiable, cómo se está desarrollando el proceso de combustión: si la combustión es limpia y energéticamente eficiente o, si por el contrario, la combustión es degradada y altamente contaminante. El método desarrollado se fundamenta en la relación existente entre la información contenida en las bandas luminosas correspondientes a los radicales de la llama y las condiciones de la combustión. Esta relación permite deducir la calidad de la combustión a partir de la radiación luminosa de la llama y su consigna de potencia. En el desarrollo de la tesis se ha trabajado sobre dos tipos diferentes de combustiones: las generadas en quemadores de premezcla y de mezcla parcial. El estudio espectroscópico de sus llamas, junto con el análisis realizado por Componentes Principales, ha permitido deducir que las bandas del espectro de mayor interés para estas combustiones son las correspondientes a los radicales OH (310nm) y CH (432nm). La luminosidad de estas bandas, así como la información de todo el espectro y la potencia específica han constituido las entradas de los diferentes modelos desarrollados: Regresión en Componentes Principales (PCR), Regresión por Mínimos Cuadrados Parciales (PLS), Regresión Lineal Múltiple Inversa (ILS) y Redes Neuronales, siendo estas últimas las que han proporcionado los modelos más precisos. Estas redes, a partir de la información luminosa de las bandas correspondientes a los radicales OH y CH y la consigna de potencia específica estiman las concentraciones de las emisiones de CO, CO2, NOx y el exceso de aire que la combustión produce. Por tanto, el método desarrollado parte de la información captada por un espectrómetro, extrae de los espectros la información luminosa correspondiente a dos bandas espectrales y junto a la consigna de potencia específica, las introduce en una red neuronal que proporciona estimaciones de las emisiones de gases que determinan la calidad de la combustión. A fin de demostrar la viabilidad técnica de la implementación del método expuesto en una caldera doméstica se ha desarrollado un sistema sensor donde el espectrómetro es sustituido por fotodetectores de banda ancha y filtros ópticos pasabanda comerciales. Esta información es tratada por el mismo tipo de modelo basado en redes neuronales, proporcionando estimaciones válidas de las emisiones de los gases elegidos. Finalmente, se ha desarrollado un nuevo sistema sensor donde los fotodetectores y filtros comerciales se han sustituido por fotodetectores de Nitruros de Galio (GaN) diseñados y desarrollados específicamente para este trabajo. La información adquirida por estos fotodetectores es tratada por las redes neuronales, proporcionando unas estimaciones de CO, CO2, NOx y exceso de aire que permiten monitorizar la calidad de la combustión. Por tanto, se ha desarrollado un método para la monitorización de la calidad de la combustión en calderas domesticas, validándolo para los dos tipos de combustiones de mayor interés en este sector. La viabilidad técnica del mismo se ha demostrado mediante el desarrollo de dos sistemas sensores, el primero basado en componentes comerciales y el segundo en componentes precomerciales, realizados utilizando una de las tecnologías más prometedoras en este campo.