Sistemas de control

INTRODUCCION:

Los equipos de transferencia de calor son definidos por las funciones que desempeñan en un proceso. Los intercambiadores son utilizados para recuperar calor entre dos corrientes de un sistema, sin llegar a mezclarse. Estos equipos son importantes porque proveen un ahorro económico significativo al reutilizar energía en vez de desecharla.

En el grafico 1 podemos visualizar el funcionamiento de un intercambiador de calor, que básicamente usa el calor que ingresa, en forma líquida o gaseosa, para calentar agua fría.

En este proceso vamos a aplicar un control proporcional integrativo (PI). Para diseñar, simular y experimentar los efectos de dicho control en el proceso vamos a utilizar el simulador Control station.

[pic 1]

Un control proporcional integral (PI), es aquel que agrega a la acción proporcional  (Kp) un tiempo de integración (Ti), que se encarga de regular la velocidad a la que actúa el control.

La Función de transferencia del bloque de control PI responde a la ecuación:

[pic 2]

Donde Kp y Ti son parámetros que pueden ser modificados según las necesidades.

OBJETIVOS:

Los objetivos que nos plantearemos para este trabajo son:

Diseñar simular y realizar pruebas experimentales para analizar las limitaciones y capacidades del control proporcional integrativo (PI). Observaremos la respuesta a cambios de set point y su acción de rechazo a perturbaciones. Asimismo identificaremos las ventajas de este control respecto a aquel que posee solo control proporcional.

DESARROLLO:

1. A)  Buscar el punto de trabajo.

Iniciando el proceso del intercambiador de calor en control station vamos a fijar nuestro punto de operación.

Temperatura de flujo de salida: 134 ºC

Caudal de perturbación: 30l/min.

Con estos datos cargados buscamos el mejor Y set point (apertura de entrada), en nuestro caso es 42%.

        [pic 3]B) Buscar parámetros para modelo FOPDT variando de 38% a 46% el valor BIAS.

KP = -0.33

Θp = T (10%) – T (start) = 0.2                                  Ͳ= T (63%) – T (10%) = 1.22)        [pic 4]

3) Calcular parámetros PI

Tc= tiempo + grande de 0.1 * Tp o 0.8* op

Kc=10

4) Validar el controlador PI

[pic 5]

5) Análisis de linealidad:

Para verificar si este proceso es lineal o no lo es, tomamos los datos de tres pasos: Paso 1 Cambio de 30% a 40% Paso 2 Cambio de 40% a 50% controlador de salida

Podemos destacar que este proceso no es lineal ya que aunque la señal de salida sea de la misma magnitud a medida que aumentamos el flujo de agua fría la temperatura disminuye pero no en la misma rata a más porcentaje la temperatura disminuye menos grados cada vez. Lo mismo sucede con el tiempo de respuesta, este se hace menos a medida que aumentamos el flujo y el tiempo muerto cada vez aumenta entre cada paso. Gráficamente podemos verlo.

[pic 6]

6) Variación Kc

[pic 7]

Variación Ti

[pic 8]

7) a) Mejor par Kc y Ti para perturbaciones ( 1.6 ; 0.8 ) respectivamente

[pic 9]

b) linealidad variando perturbación de 30 a 40 y de 30 a 20

[pic 10]

8)

[pic 11]

...