Articulo Sistemas de Control

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cONTROL PREALIMENTADO Y REALIMENTADO DE UN CSTR EXOTERMICO


Rodrigo F. González
IQ. Est. Msc. Ingeniería Química


Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín




Resumen: Este trabajo presenta diferentes estrategias de control para un reactor CSTR exotérmico. Los controladores utilizados fueron: retroalimentado, prealimentado y unacombinación de ambos. Se hace una breve comparación entre los controladores usados dentro del sistema, en función de los parámetros de respuesta del mismo. El controlador retroalimentado son todos los controladores que llevan acciones PI y PID, estos fueron sintonizaos por el método Zigher-Nochols. Al controlar la temperatura, el nivel y la concentración de un reactor, los resultados obtenidosllevaron a concluir que el controlador con más ventajas era el combinado, debido a que aprovecha las ventajas de cada uno de los controladores involucrados.

Palabras claves: CSTR, control prealimentado, control retroalimentado, PID y control combinado.



1. INTRODUCCIÓN

La clasificación de los sistemas de control puede determinarse sin ambigüedades mediante la cantidad y procedencia de lainformación (mediciones directas o conocimiento previo. Existen entonces bajo este criterio los siguientes tres grupos: Los prealimentados, los retroalimentados y los combinados (Álvarez et al 2003).

Los sistemas prealimentados o activos consisten en el calculo de la salida a partir de la entrada mediante una función que realiza la acción de control. Esta función es derivada a partir de unmodelo. El modelo debe ser lo suficiente bueno, además de contener las perturbaciones medibles del proceso. La gran ventaja de este método se basa en su anticipación en la acción de control frente a entradas o perturbaciones, actuando antes de que el proceso tenga una respuesta a éstas. Los sistemas retroalimentados o reactivos realizan la acción de control basados en una comparación (desviación) de lasalida con el punto de ajuste. Estos sistemas tienen que esperar a que el proceso reaccione para poder calcular la desviación. El trabajo realizado por el controlador es minimizar esta función, buscando desaparecerla. Este tipo de sistemas son ideales para procesos donde se tiene gran incertidumbre (Álvarez et al, 2003). Finalmente los sistemas combinados o predictivos, toman parte de cada unode los sistemas anteriormente mencionados, prediciendo la acción de control con base a información de las entradas y perturbaciones (prealimentado), como información de la salida (retroalimentado). Este método actúa conociendo las entradas y perturbaciones medibles, y ajusta la incertidumbre mediante del error de la salida con respecto al puno de operación deseado.

Los procesos continuos enreactores de tanque agitado (CSTR) son ideales para la visualización de las acciones de control de estos diferentes sistemas.
En este artículo se busca mostrar el comportamiento de los diferentes sistemas de control (prealimentado, retroalimentado y combinado) para el control de la concentración, nivel y temperatura.


2. MODELO DEL CSTR EXOTERMICO

Se utilizo el modelo de un CSTR con reacciónexotérmica irreversible de primer orden (A  B). Al ser un reactor no isotérmico, es necesaria una chaqueta que refrigere el reactor (Fig. 1).


Figura 1. CSTR con reacción exotérmica.

Se realizan las ecuaciones de balance de masa y energía para obtener el modelo fenomenológico del proceso. Se comienza haciendo el balance de masa global:
(1)
Para aspectos de ingeniería, se quierecontrolar el nivel del reactor por lo que se remplaza el término del flujo de salida por el término de una válvula de descarga:
(2)
Se realiza ahora el balance del componente A en el reactor:
(3)
Finalmente se obtiene el balance de energía en el reactor:
(4)
La temperatura en la chaqueta se supone que es constante, debido a que la dinámica de esta variable es mucho más rápida que las...