Modelaje y simulacion de un sistema de control del nivel de aceite de un tanque de uso industrial

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  • Publicado : 21 de marzo de 2010
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MODELAJE Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DEL NIVEL DE ACEITE EN UN TANQUE DE USO INDUSTRIAL.

Peraza Reinaldo
C.I.: 15.909.124
reinaldobladimir@hotmail.com.
Dpto. de Electrónica UNEXPO Vice-Rectorado Puerto Ordaz.

Resumen: Se presenta el modelaje y simulación de un sistema de control del nivel de aceite en un tanque de uso industrial. El comportamiento del sistema se describemediante una Ecuación Diferencial Ordinaria (EDO) de primer orden cuya solución se ha obtenido mediante el método de integración numérica de paso fijo Runge-Kutta de cuarto orden. Como herramienta de simulación se emplea MATLAB SIMULINK. Los resultados obtenidos demuestran el excelente comportamiento del sistema de control en el rango de operación y ante fluctuaciones en el flujo de entrada.Palabras claves: Sistema de Control, Modelaje, Simulación, Ecuación Diferencial Ordinaria, Método de Integración Numérica.

1. INTRODUCCIÓN

El modelaje y la simulación son técnicas que permiten describir y predecir el comportamiento de un sistema. Mediante el modelaje se determinan las ecuaciones integro-diferenciales que gobiernan al sistema y con la simulación se obtiene una aproximacióna la solución exacta del mismo mediante el uso de algún método de integración numérica entre los que se encuentran los de paso fijo, de múltiples pasos y de paso variable.
La importancia del modelaje y la simulación radica en la posibilidad de manipular numerosas variables físicas y evaluar el efecto que provocan sobre el proceso sin la necesidad de realizar acciones directas sobre la plantareal, debido a que en muchos casos esto conlleva una parada de planta y a su vez una pérdida de producción.
Para realizar el modelaje del proceso es imprescindible el conocimiento de todos los aspectos relacionados con su funcionamiento a fin de poder plantear el análisis matemático correspondiente.
En este trabajo se presenta el modelado matemático de un sistema de control del nivel deaceite en un tanque de uso industrial. Para ello se realiza control sobre la apertura de la válvula de entrada del fluido mediante un controlador de nivel y un actuador. En la parte superior del tanque existe un entrada de gas inerte N2 que ejerce una presión constante de 25.3 PSIG sobre la columna de líquido almacenado.
Además, se presentan los resultados de la simulación realizada en MATLABSIMULINK para diferentes valores de referencia y ante fluctuaciones en el flujo de entrada, los cuales reflejan el buen funcionamiento del sistema de control.

2. DESCRIPCION DEL SISTEMA

El sistema de control del nivel de aceite en el tanque está conformado por los siguientes elementos: Un transmisor de nivel, encargado de enviar al controlador la información de la altura de aceite en eltanque, un controlador-indicador de nivel mediante el cual se realiza la acción de control, dos válvulas manuales (2 y 3) y una válvula controlada (1) por un actuador el cual es gobernado por el controlador.
La válvula 2 se emplea para establecer el flujo de salida en el valor deseado o la separación del proceso con el resto del sistema. La válvula 3 por su parte controla la entrada de gas inerteN2 encima del nivel de aceite cuya función es mantener una presión constante sobre el líquido almacenado a fin de contribuir con el flujo de salida.
En la figura 1 se muestra el diagrama general del proceso. Inicialmente el tanque puede estar vacío o prefijarse una condición inicial, a partir de la cual empieza el incremento del nivel de acuerdo al flujo de entrada. El sensor transmisor (LT)provee la información del estado actual del sistema al controlador (LIC) y éste establece la acción del actuador sobre la válvula 1 a fin de ajustar la posición de apertura en función del error.

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Figura 1. Sistema de control del nivel de aceite en el tanque

3. MODELADO MATEMÁTICO DEL SISTEMA

La expresión matemática que relaciona el nivel de altura de líquido en el tanque con...
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