Control entrada-salida de un tanque de presión

CONTROL DE UN TANQUE PULMÓN

Trabajo final control entrada - salida
Carlos Mario Flórez Ramírez
Gianina Pérez Luna
Karol Antonio Alarcón Sánchez
Juan Esteban Botero Holguín
Juan Felipe Vanegas Vargas

Profesores:
Héctor Botero Castro
Lina María Gómez Echavarria

Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín
Facultad de Minas
Junio de 2012

TABLA DE CONTENIDO

1.INTRODUCCIÓN 3
2. MODELO MATEMÁTICO 3
2.1 CURVA DE REACCIÓN O RESPUESTA A ESCALÓN 4
2.2 REPRESENTACION DEL SISTEMA CON DIAGRAMA DE BLOQUES 8
2.3 REPRESENTACION EN FUNCION DE TRASNFERENCIA DE PULSO DISCRETO. 9
2.4 SIMULACION ANTE UNA ENTRADA ESCALÓN (COMPARACIÓN CONTINUO Y DISCRETO) 9
3. CÁLCULO DEL CONTROLADOR ANALÓGICO 11
3.1 Método por asignación de polos 11
3.2 Método de Cohen &Coon 12
3.3 CÁLCULO DEL CONTROLADOR DIGITAL 13
4. SIMULACIÓN EN LAZO CERRADO 14
5. SISTEMA FISICO REAL 19
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 20
7. CONCLUSIONES 20
8. REFERENCIAS 21

1. INTRODUCCIÓN

En los procesos industriales es necesario mantener las variables de operación, como la presión, en ciertos valores deseados ya sea por seguridad o por especificación del proceso. Esto se lograimplementando sistemas de control, en los que se incluye el diseño y la sintonización de controladores. Los tanques amortiguadores son ampliamente utilizados en la industria, ya sea para estabilizar variaciones en los compresores y mantener la presión de un flujo constante, o para suplir la demanda de presión de corrientes en el que el flujo sea siempre constantes. Esto se presenta frecuentemente enla industria petrolera, y en industrias donde se descargan efluentes al ambiente y se debe contrarrestar de alguna forma la energía excedente para no ocasionar daños ni desastres ecológicos. El control de presión garantiza dos factores muy importantes, la seguridad y el cumplimiento del objetivo del tanque.

Por esto es de mucha importancia estudiar sistemas de tanques amortiguadores depresión en cursos de control. En este trabajo se implementa un sistema de control para un tanque amortiguador, donde se presenta el modelo matemático del proceso, la función de transferencia, las diversas metodologías usadas para el diseño de controladores digitales y analógicos, finalmente la simulación y su implementación en el montaje real.

2. MODELO MATEMÁTICO

El sistema se compone de un tanquecontenedor de aire, cuya entrada es aire regulado a 15 psi y 25ºC, cuya descarga se hace a presión atmosférica. El tanque es de forma cilíndrica con tapas planas, de 80,5 cm de altura, 30 cm de diámetro, lo que da una capacidad de 60 litros. La entrada de fluido al tanque se encuentra a una distancia de 78 cm con respecto a la base, y la salida del mismo se encuentra a 18 cm con respecto de lamisma referencia.
En la Figura 1 se puede apreciar el diagrama de instrumentación y tubería. El sistema dispone de dos válvulas de control tipo aguja de NPT , una que regula el aire de entrada (variable manipulada) y otra que simula el consumo del proceso servido (perturbación).
La función de este tanque pulmón consiste en controlar la presión de servicio que proviene de un compresor, pero quetiene muchas perturbaciones a la salida que no son constantes y que demandan mas o menos flujo de aire, y esto hace que la presión baje o suba de repente dando como resultado que un proceso se pueda estropear por esta variación en la presión de este gas.
Este tipo de perturbaciones se da mucho a nivel industrial, por ejemplo al cambiar de repente el flujo de salida del compresor de la planta, yasea conectando otro equipo a la misma línea de flujo del proceso y haciendo que este afecte el flujo volumétrico de aire a la salida y así a la presión de salida.

Figura 1. Instrumentación y tubería del tanque de presión.
V: Volumen del tanque.
T: Temperatura contante durante todo el proceso ya que no cambia mucho por que se manejan bajas presiones.
* La variables del proceso en el...