INFERIR: LOGRAR UNA CONCLUSION BASADA EN INFORMACION EXISTENTE.

Resumen para exposición control inferencial.

INFERIR: LOGRAR UNA CONCLUSION BASADA EN INFORMACION EXISTENTE.

Todo el tiempo en control es necesario la medición de variables importantes lo más  a menudo posible. Sin embargo no todas las variables importantes pueden ser medidas en tiempo real, o sea lo suficientemente rápido para que las acciones de control oportunas puedan basarse en sus mediciones.

Hay algunas razones por las cuales hay falta de mediciones clave. Por ejemplo algunos análisis sensibles no están lo suficientemente o completamente automatizados para brindar mediciones precisas sin que exista alguna gestión humana del procedimiento, por lo que estas mediciones tienen que ser  obtenidas  a veces desde un laboratorio. Hay propiedades que no pueden determinarse a partir de las propiedades  materiales intermedias en una planta, propiedades que se relacionan o refieren al uso final del material.

Ejemplo productos como  jabón, productos alimenticios, polímeros, etc., que dependen de su aplicación final y no pueden medirse hasta que los productos sean formulados y utilizados.  

En segundo lugar aunque la medición en tiempo real fuera posible el costo de instalar un sensor en la planta podría no  justificarse aunque este traiga  beneficios potenciales.

En tercer lugar el sensor podría no proveer información de manera oportuna o en el momento adecuado. Una retroalimentación lenta se puede dar debido a un analizado con tiempo muerto muy largo, o un  tiempo de procesamiento demasiado largo (hablando de horas) y podría retrasar la información. Finalmente puede haber una cantidad que no puede ser directamente medible.

Entonces la falta de variables clave de manera oportuna entorpece un buen desempeño de control.

En conclusión se tiene que estimar la variable no medida. Por eso el control inferencial utiliza sensores adicionales para mejorar el rendimiento de control. La información extra son variables de medición adicionales que aunque no dan una indicación perfecta de la variable clave no medida pero si una buena inferencia.

Todo sensor depende de principios físicos que relacionan la variable del proceso con la salida del sensor   (variable controlada real), entonces ningún sensor mide directamente la variable del proceso.

Normalmente consideramos sensores estándar de temperatura, presión, flujo, y nivel como indicadores de medidas directas porque:

1.- Proporcionan razonablemente buena precisión y reproducibilidad.

2.- Normalmente no requieren correcciones.

3.- La relación entre la señal del sensor y la variable de proceso no  es específica para un solo proceso en particular. Como ejemplo la misma relación entere la diferencia de presión  a través de un orificio y el flujo a través de él se usa en miles de plantas.

Nos referimos pues a la variable que nos gustaría controlar o monitorear como variable controlada verdadera  CVt (t) y a la variable inferencial  CVi (t) que puede ser usada debido a una relación dependiente del proceso. La relación aproximada usada para la variable inferencial tiene un rango limitado, más allá del cual la variable inferencial podría no ser satisfactoria.

17.2   Un ejemplo de control inferencial.

Aplicación en un separador de destello demuestra los típicos pasos de análisis para el control inferencial, junto con una variable inferencial muy común.

[pic 1]

12.2 Separador de destello considerado para el control inferencial de la composición de etano en el líquido del tambor.

Se calienta una corriente de hidrocarburos ligeros, la presión de corriente se baja y se separan las fases de líquido y vapor en un tambor. La variable verdadera es la concentración de etano en el líquido del tambor.

El objetivo es inferir la concentración de etano en la corriente liquida que sale del tambor usando sensores mostrados en la figura.

A partir de un conocimiento del equilibrio vapor líquido, se espera que la temperatura del tambor y las composiciones estén relacionadas.

FMfeed= FML +FMV

FMfeed *Zi = FML*Xi FMV*Yi

Yi= kiXi

FM = Flujo molar.

X, Y, Z= Fracciones molares para líquidos, vapores, y alimentación.

Ki = Constante de equilibrio de vaporización dependiente de T, P.        

P= Presión, T=Temperatura

En las ecuaciones se puede ver que la composición de etano líquido es una función de la composición de la alimentación y la temperatura y presión en el recipiente de evaporación.

Supongamos que la que la presión del tambor es controlada a un valor esencialmente constante ajustando una válvula en la línea de vapor y que la temperatura puede mantenerse en su valor deseado mediante la manipulación de flujo de vapor. Si la alimentación tuviera tan solo dos componentes la temperatura y la presión determinarían de forma única la composición de líquido y vapor: sin embargo la composición tiene seis componentes. Por lo tanto la P y T no definen exactamente las composiciones de las dos fases.

¿Qué tan estrechamente relacionada esta la temperatura con la composición liquida de etano, es decir que tan exacta es la inferencia (dada por la temperatura) de concentración de etano liquido  cuando ocurren cambios en la operación del proceso?

The proposed inferential system is summarized by the following variables:

[pic 2]

Se realiza un análisis para establecer si la relación entre la temperatura y la concentración de etano liquida es satisfactoria para el control inferencial. El modelo  inferencial se desarrolla sobre base de datos que representan el proceso, a partir de simulación matemática o experimentación de plantas.

[pic 3]

Relación entre la temperatura y la concentración de etano líquido a la presión caso base (1000 KPa). Los cambios en el metano son compensados por cambios en el butano de igual magnitud y signo  opuesto.

Relaciones entre temperatura y composición,  extremos de variación.

Determinando las sensibilidades apropiadas.: La figura17.3 muestra que la pendiente es aproximadamente -.0027 fracción molar por °C, lo que significa que los errores en la medición y control de temperatura, serán +- 0.5 °C, no introducirán un error significativo en la estimación calculada de la concentración de etanol.

Se da un segundo paso incluyendo las perturbaciones: variables de operación no medidas que se espera que cambien significativamente. En este ejemplo, la posición de alimentación es la perturbación principal.

¿La temperatura sigue siendo una variable inferencial satisfactoria cuando la composición de la alimentación cambia? Esta pregunta puede ser respondida si se incluyen casos adicionales que caracterizan  la variabilidad típica de la planta.

El cambio esperado en la composición de la alimentación delas unidades mostradas arriba implica la compensación  de las diferencias en el metano y butano, que puede ser hasta un 5% en moles. Evidentemente mantener constante la temperatura no es equivalente a mantener constante la concentración de etano. Para los cambios esperados en la composición de la alimentación  y la precisión esperada en la composición de la alimentación en el control de la temperatura,+- 0.5 °C, el rango de etanol liquido es de 0.091 a 0,177 fracción molar cuando la temperatura  medida se mantiene al valor apropiado para ningún error de modelo y composición de alimentación nominal 25.5 °C.

Si la precisión es aceptable depende de los requerimientos de la planta; para este ejemplo satisface los objetivos declarados de control inferencial (+- 0.02 error máximo). Dado que la precisión con la variable inferencial aceptable, la temperatura proporciona una medida inferencial  aceptable de la concentración de etano en la corriente liquida y  la estrategia de control en 17.2 podría ser apropiada. Si no es así, tal vez un estrechamiento de la variación de concentración de etano aceptable, se requeriría un analizador.

Si la  precisión del estado estacionario es satisfactoria, debe evaluarse la dinámica del sistema de control inferencial, buenas respuestas dinámicas tendrían características tales como una respuesta rápida con un tiempo muerto corto.

Para este ejemplo la temperatura puede ser controlada ajustando el flujo del medio de calentamiento. Por lo tanto la dinámica parece favorable por que la respuesta pudiera ser rápida.

El punto de ajuste del controlador de temperatura debe corregirse en base a una medida de la concentración de etano para lograr el cambio de cero. La retroalimentación de la composición podría implicar que el punto de ajuste de temperatura se corrija ocasionalmente por la operación basándonos en mediciones poco frecuentes en el laboratorio realizadas en muestras tomadas del líquido del tambor.

Un diseño alternativo  mostrado en la figura 17.4, implica que el punto de ajuste de temperatura se ajusta mediante un controlador analizador  en sentido aguas abajo en una estrategia en cascada.

Este diseño el analizador en sentido aguas abajo puede medir componentes  para el control de destilación, así como el control del tambor de flash. Con este controlador de temperatura se puede conseguir un control razonable ajustado de la concentración de etano sin instalar un analizador adicional en la salida del tambor de evaporación (flash drum) puesto que el punto de referencia inferencial es finalmente restablecido basado en una medida de la verdadera variable controlada, la medida inferencial no necesita ser extremadamente precisa. Sin embargo debe ser reproducible; Es decir el sensor inferencial debe proporcionar esencialmente la misma señal para las mismas condiciones de proceso. Entonces la retroalimentación más lenta basada en la variable verdadera corregirá las inexactitudes en  la relación inferencial  y finalmente devolvería la verdadera variable controlada a su valor deseado.

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