4 Simulador para un Lazo de Colectores.

4 Simulador para un Lazo de Colectores.
Uno de los objetivos que contempla la simulación es la posibilidad de realizar cambios
en el sistema probándolos previamente sobre el modelo, con el fin de elegir la mejor
alternativa en cada caso. El fin último es conocer qué pasaría en el sistema formado por
el lazo de colectores si acontecieran determinadas hipótesis. De esta forma la
simulación ayuda a adquirir una rápida experiencia a muy bajo coste y sin riesgos,
puede identificar problemas dentro de un sistema complejo y a la vez permite ensayar
estrategias para contemplar distintas alternativas a la hora de solucionar un mismo
problema en la operación de la planta de colectores.
A partir del estudio realizado en el apartado 3 se ha realizado un simulador que persigue
tres objetivos fundamentales:
En primer lugar dada la complejidad del sistema y la existencia de no linealidades, se
pretende disponer de un software apropiado para estudiar el comportamiento de un
lazo de colectores en diferentes condiciones de operación. Por ejemplo se puede
estudiar el comportamiento del sistema en la fase de calentamiento o en condiciones
de paso de nubes.
Puede ser utilizado como herramienta para el ensayo de distintas estrategias de
control, con el fin de estimar los parámetros y evaluar previamente la respuesta de los
distintos controladores que pueden ser probados en una planta real.
Por último se pueden aplicar los resultados a otros campos de colectores modificando
los parámetros del sistema.
Los datos generados por el modelo sirven como entrada a un identificador en línea
basado en el método de los mínimos cuadrados recursivos, descrito en el apartado 3.4.
Como no se dispone de una planta real donde se puedan adquirir los datos de salida, se
asume que esta es la generada por el modelo de parámetros concentrados.
Como herramienta de programación se ha utilizado el entorno Matlab-Simulink y el
diagrama de flujo del código desarrollado es el siguiente:
Inicio
Valor inicial:
Variables y Parámetros del Lazo
Gestión de Tiempos
Cálculo Vector Solar
Cálculo Posición CCP
Controlador: Señal de Caudal
Modelo del Lazo de CCP
Cálculo Señal de Salida: Temperatura
Identificador Planta:MMCR
Fin
Figura 55. Diagrama de flujo para el simulador.
El código fuente del programa principal se puede encontrar en los anexos.
Como parámetros de entrada al programa se tiene que la irradiancia, la temperatura de
entrada y el setpoint de referencia se pueden importar desde un archivo excel. El resto
de parámetros los puede definir el usuario a partir de pantallas emergentes: datos
temporales (fecha, intervalos horarios, tiempos de muestreo), la ubicación del
emplazamiento (latitud, longitud) y la característica del lazo (longitud del tubo,
superficie de apertura, factor de rendimiento térmico y ensuciamiento).
Figura 56. Pantallas emergentes para el simulador.
A partir de los datos horarios y del emplazamiento de la planta se calcula la posición del
sol y la mejor orientación del campo de colectores en cada instante del día. En la
literatura se encuentran distintas propuestas para el cálculo del vector solar [20], [21],
[22], [23], [24]. En este caso se ha considerado un modelo simplificado del algoritmo de
Michalsky [25]. De esta forma se obtienen dinámicamente, la orientación solar y el
factor coseno con el que se incide sobre el colector. Para el cálculo de la posición
óptima de la estructura en cada instante (la que garantiza el enfoque de la parábola de
espejos sobre el tubo absorbedor) se ha realizado un modelo trigonométrico, en el que
se considera la relación entre el plano de apertura del colector y el ángulo de incidencia
del vector solar.
En este caso se supone que se actúa sobre una bomba o una válvula que determinan el
caudal de aceite que se inyecta al campo y que es la variable de control. Para ello se ha
diseñado un módulo de control diferente para cada una de las estrategias ensayadas.
Cuando se termina de ejecutar, el simulador guarda los parámetros de diseño y los
resultados en variables matriciales y devuelve una gráfica donde se recogen los
parámetros más importantes para el estudio.