Proceso de primer orden

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PROCESO DE PRIMER ORDEN
Maracay, Diciembre del 2008

Balza, Ali; Hernández, José; Eliezer, Franceze; Castillo, Julio.
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada
Núcleo Maracay
Departamento de Ingeniería Electrónica
Control de Proceso 1
Ing. Camilo Duque

RESUMEN: El siguiente trabajo se buscan dos objetivos principales. El primero es presentar una introducción aldesarrollo de modelos simples de proceso, los cuales son necesarios a la hora de analizar los sistemas de control. El segundo objetivo es explicar el significado físico de un calentador industrial, luego se desea conocer cada una de las características del proceso, para luego diseñar un sistema de control que nos permita manipular y controlar de manera automática o manual, según se requiera, lasvariables que en el intervienen. El modelo del proceso industrial se comienza con el balance de una cantidad que se conserva: Masa o energía. Las herramientas que se usaran para el estudio del proceso, son las mismas vistas a lo largo de la asignatura.

1. Modelo del Sistema y Descripción del Proceso
El modelo del Sistema es el siguiente:

[pic]

Descripción del Proceso:
Elproceso trata de un calentador industrial, el líquido a calentar es crudo parafinoso Anaco Wax y el fluido usado para la transferencia de calor es Aceite Shell Térmico B; El crudo Anaco Wax a pesar de ser un crudo liviano necesita estar en constante calentamiento para evitar su solidificación debido a su composición parafinosa.

La explicación del proceso puede ser dividida en dos etapas:La primera consta del llenado del tanque, el cual se controla por medio de 2 válvulas; 1 para el flujo de entrada y la otra para el flujo de salida, ambas válvulas son de tipo on/off. El control de las válvulas así como las restricciones de seguridad referentes al nivel del tanque serán explicadas mas adelante.

La segunda etapa del proceso se refiere al calentamiento del líquido dentrodel tanque (Crudo parafinoso), esto ocurre mediante transferencia de calor; el líquido caliente (Aceite) se encuentra en una tubería en forma de serpentina ubicada dentro del tanque y el líquido frio es con el cual se llena el tanque. El tanque permanece lleno hasta que el líquido ha sido calentado a la temperatura deseada, luego de llegar a este punto el liquido ya calentado es descargado para serusado en un proceso posterior. El calentador en el proceso puede ser acticado o desactivado, es por esto que se toma el flujo del aceite dentro del serpentin como una valvula on/off. El control del calentador así como las restricciones de seguridad referentes ha la temperatura del liquido serán explicadas posteriormente.

El proceso puede ser manual o Automático; en la forma manual, todas lasválvulas y la activación del calentador son manipuladas manualmente y en el modo automático todo el proceso es controlado por diferentes controladores, estos controladores serán explicados mas a fondo posteriormente.

Las variables de proceso presentadas en el sistema son las siguientes:

•Variable Controlada directamente: Temperatura de salida del Crudo Parafinoso
•Variable Medida:Temperatura del Crudo, Nivel del Tanque.
•Variable Controlada Indirectamente: Nivel del Tanque, Caudal de entrada del Cruco, Caudal de salida del Crudo.
•Variable Manipulada: Temperatura del Crudo.

2. Calculo de F.T
Aplicando Balance de Masa

[pic]
Tenemos
[pic]
Donde R2=Resistencia en la válvula de salida del liquido del tanque.

Luego
[pic]
[pic]Aplicando Laplace

[pic]
Teniendo el siguiente resultado:

[pic]
Donde:
������=A*R2 k=R2

Aplicando Balance de Energía
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Luego sustituyendo tenemos:
[pic]
Asumiendo q(t) nominal y despejando T(t) tenemos:
[pic]
Aplicando Laplace tenemos:
[pic]

Donde:
[pic]
[pic]

3. Esquema de los...
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