Modelling and development of a low cost biomass combustion control system.

Este trabalho apresenta a modelagem e o desenvolvimento de um sistema de combustÃo de biomassa de baixo custo para ser utilizado em caldeiras geradoras de vapor ou em outros processos de aquecimento que utilizam biomassa na forma de cavacos de madeira ou pellets como combustÃvel. A qualidade do processo de combustÃo à avaliada pelo teor de oxigÃnio nos gases de escape. A partir dessa informaÃÃo e da necessidade de geraÃÃo de calor do sistema, desenvolveu-se uma estratÃgia de controle para a admissÃo de combustÃvel e de ar no processo. Uma vez que os analisadores de oxigÃnio industriais disponÃveis no mercado possuem custo elevado, projetou-se e desenvolveu-se um analisador de oxigÃnio de baixo custo baseado em sondas lambda de uso veicular. Foi dada atenÃÃo especial ao controle de temperatura desta sonda. O trabalho envolveu a identificaÃÃo de um modelo matemÃtico para a mesma, assim como simulaÃÃes para validaÃÃo e projeto de um controlador digital que garanta um controle efetivo. O instrumento foi testado em um queimador de gÃs liquefeito de petrÃleo e sua resposta foi comparada e ajustada à resposta de um analisador industrial com certificado de calibraÃÃo rastreado pelo Inmetro, obtendo-se resultados bem consistentes. Em um segundo momento desenvolveu-se uma modelagem matemÃtica simplificada de uma caldeira geradora de vapor e de um sistema de controle digital de admissÃo de combustÃvel e ar. O modelo foi simulado com os parÃmetros de uma caldeira real e os resultados indicaram um desempenho bastante satisfatÃrio.This dissertation presents a mathematical modelling and development of a low cost biomass combustion system for use in industrial boilers or other process that uses biomass as combustible for heating. The system uses the oxygen gas rate on the exhaust gases to verify the quality of the combustion process. With this information and with an information about the needs for energy on the heating process, a control strategy was developed to the biomass and air admission system. Due to the high cost of industrial oxygen analyzers, a new equipment was developed based on a vehicular lambda probe. Especial attention was given to the temperature control, including the modeling, simulation and project of a digital controller. The equipment was tested on a propane burning system and the results were compared with a calibrated and certificated industrial gas analyzer. The response curve was adjusted to improve the precision of the developed instrument. On a second moment, a simplified mathematical model was created for an industrial boiler and for a digital controller for the air and biomass admission. This model was simulated using real boiler parameters and the results achieved indicates a good performance of the system