Ejercicio resuelto control de porcesos

Control de procesos
Universidad Central de Venezuela
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Química
Departamento de Diseño y Control
Control de Procesos

Ejercicio Resuelto
Se desea controlar la temperatura de un reactor con agitación continua, en
donde se lleva a cabo una reacción exotérmica; mediante la manipulación de la
cantidad de agua de enfriamiento que pasa por elserpentín (Ver figura Nº 1).
Las condiciones de operación son las siguientes:
Temperatura del reactor : 210 ºF
Flujo de agua para enfriamiento: 350 gpm
Caída de presión en el serpentín: 10 psi
Rango de temperatura del transmisor: 180-230 ºF
Característica de la válvula: Válvula de igual porcentaje, con un parámetro de
ajuste de rangos igual a 50. La constante de tiempo del actuador igual a 0.20min.
Se realizó una prueba en el sistema a lazo abierto y se encontró que con un
incremento de 10 gpm en la razón de entrada de agua se obtiene una caída de
temperatura de 3 ºF, después de un lapso largo, cuyo valor fue de ¼ de hora.

Alimentación

CW
P1=30 psi

Producto

P2=15 psi
Figura 1 Reactor de Mezcla Completa
a) Establecer el esquema del lazo control según las normas ISA, parael
sistema estudiado y establecer el tipo de controlador a utilizar. Justifique
su selección.
b) Realizar un Diagrama de bloques representativo del proceso.
Elaborado por Gustavo Villarroel

Control de procesos
c) Según su análisis, establezca la falla de la válvula y la acción del
controlador. Justifique su respuesta.
d) Determinar el coeficiente de la válvula Cv, para un factor desobrediseño
de 2.
e) Construir las funciones de transferencia y realizar el ajuste del controlador
por el método de sustitución directa y por el método de POMTM.
Considere que todas las señales son eléctricas. Justifique cualquier
f)

suposición que realice.

Encontrar la desviación cuando se realiza un cambio en el punto de
control (set point) para una temperatura de 215 ºF.
Respuestasa)

SP

T

P

TC
01

TY
01

CW

TT
01

I/P

Alimentación
TCV
01

P1=30 psi

Producto

P2=15 psi

El tipo de controlador a utilizar es el controlador PID. La razón de esta
selección se fundamenta principalmente en que este tipo de controladores
además de poseer la ventaja de corregir el efecto de las perturbaciones,
sin producir ningún tipo de error en estadoestacionario (acción integral),
tiene la capacidad de adelantar futuros errores e introducir una acción
apropiada (acción derivativa) produciendo un efecto de estabilidad para la
respuesta del lazo cerrado, evitando así oscilaciones pronunciadas como
las respuestas de los controladores PI. En consecuencia se generan
respuestas más rápidas y robustas. Para este proceso que se caracteriza
por tenerconstantes de tiempo de respuestas largas, conviene entonces
un controlador PID.

Elaborado por Gustavo Villarroel

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b) A continuación el Diagrama de Bloques a lazo cerrado.

F. T relacionadas con el Proceso
(Perturbaciones y V.M)
Ti

Gp

TW

Gp

CAO

Fi

Controlador
TC-01

TSP

+
-

mA

Gp

Válvula
Gc

mA

TCV-01
Gv

+++
-

Gp
Fwgpm

Gp

T

ºF

Sensor/T
TT-01
mA

H

ºF

c) Tomando en cuenta la seguridad del equipo, se determina que la
válvula de control debe permanecer abierta al momento de una falla en su
sistema. Esta condición se establece, con la finalidad de siempre reducir la
temperatura en el reactor ya que en el mismo se lleva a cabo una
reacción exotérmica y así evitar daños en el equipo porsobrecalentamiento. En este análisis no se considera el efecto que posee
una disminución marcada de la temperatura a la salida del reactor a todo
el proceso “aguas abajo”.
En cuanto a la acción del controlador, se establece que debe ser de acción
inversa. Esta acción se establece ya que los requerimientos del proceso
hacen que para un aumento de la temperatura se debe abrir más la
válvula...