Control Y Medicion De Ph
Páginas: 23 (5731 palabras)
Publicado: 12 de agosto de 2012
CONTROL DE pH USANDO UN CONTROLADOR DE GANANCIA PROGRAMADA
Manuel A. Duarte M.[1] y Franklin Rojo A.[1]
RESUMEN
En este trabajo se presenta el problema de controlar, vía simulaciones y experimentos, el pH que se establece en una solución de en un reactor experimental. Para las simulaciones se desarrolla un modelo que considera lainteracción de un ácido débil con una base fuerte y los efectos de la absorción de dióxido de carbono por el agua. Para el control de pH se emplea un controlador de ganancia programada (CGP), mostrándose los resultados de las simulaciones y experimentos bajo diferentes condiciones de operación y perturbaciones.
pH significa potencial Hidrógeno y se define como el logaritmo negativo de laconcentración de iones de hidrógeno (H+) en soluciones acuosas; es decir nos da cuenta de cuan ácido o básico es un líquido. El rango de escala va desde 0 (ácido) a 14 (básico), siendo 7 el punto neutral correspondiente al agua (H2O) a 22°C.
Se logra un mejor control de pH cuando la medición se realiza en un tanque, especialmente en aplicaciones de neutralización, ya que es importante que se mezclenbien los reactivos con los fluídos a neutralizar.
En instalaciones en línea es recomendable no tener velocidades de flujo mayores de 1,5 m/seg. Velocidades demasiado altas pueden dar lecturas fluctuantes y reducir la vida útil del electrodo. La temperatura es otro factor a tener en cuenta en la duración del sensor, como regla general la velocidad de las reacciones químicas se duplican con cadaincremento de 10°C desgastando el electrolito del sensor, a mayor temperatura menor vida útil del electrodo.
1.0 INTRODUCCIÓN
El pH es una magnitud de mucha importancia en un sinnúmero de procesos biotecnológicos, como por ejemplo en la neutralización de alimentos. También ha cobrado gran relevancia en la minería y en el control de la contaminación, como es el caso de laneutralización de desechos industriales. El control de esta variable es en general difícil de realizar debido a la dependencia altamente no lineal entre los reactivos que ingresan al sistema y el pH que se establece. Esta nolinealidad ya aparece en la definición, puesto que pH = -log (H+) y se ve reflejada en la forma de la Curva de Titulación. Además, este sistema en ocasiones presenta un comportamiento defase no mínima, de ahí que a veces al disminuir el flujo de algún reactivo se produce una disminución del pH y en otras al aumentar este flujo se produce de igual modo una disminución del pH.
En los últimos 20 años se ha publicado una cantidad importante de trabajos relacionados con la modelación y el control de pH de soluciones. Con respecto a la modelación del establecimiento del pH ensoluciones, es importante mencionar el trabajo presentado por McAvoy et al. en [1] y [2], en el que se presenta un modelo para la neutralización de un ácido débil y una base fuerte, basado en los principios de conservación de masa en condiciones de equilibrio y la electroneutralidad de las soluciones. Posteriormente Jacobs et al. [3] han utilizado estos mismos principios para los casos en que se tiene unácido y una base fuerte. Gustafsson y Waller [7], así como también Wright y Kravaris [11], han extendido estos resultados al caso de la modelación de sistemas en los cuales existe más de un ácido y/o base ya sean fuertes o débiles. Pajunen [6] ha modelado el proceso de establecimiento del pH como un modelo de Wiener, esto es, una parte dinámica lineal seguida por una característica nolinealestática representada por una aproximación polinomial por tramos.
El diseño de algoritmos para controlar pH generalmente toma en cuenta la característica no lineal del proceso. Esta nolinealidad puede ser vista como una ganancia variable en el tiempo, lo cual conduce a controladores lineales adaptables. Hay trabajos donde se adapta los parámetros de un modelo de primer orden para mantener la...
Manuel A. Duarte M.[1] y Franklin Rojo A.[1]
RESUMEN
En este trabajo se presenta el problema de controlar, vía simulaciones y experimentos, el pH que se establece en una solución de en un reactor experimental. Para las simulaciones se desarrolla un modelo que considera lainteracción de un ácido débil con una base fuerte y los efectos de la absorción de dióxido de carbono por el agua. Para el control de pH se emplea un controlador de ganancia programada (CGP), mostrándose los resultados de las simulaciones y experimentos bajo diferentes condiciones de operación y perturbaciones.
pH significa potencial Hidrógeno y se define como el logaritmo negativo de laconcentración de iones de hidrógeno (H+) en soluciones acuosas; es decir nos da cuenta de cuan ácido o básico es un líquido. El rango de escala va desde 0 (ácido) a 14 (básico), siendo 7 el punto neutral correspondiente al agua (H2O) a 22°C.
Se logra un mejor control de pH cuando la medición se realiza en un tanque, especialmente en aplicaciones de neutralización, ya que es importante que se mezclenbien los reactivos con los fluídos a neutralizar.
En instalaciones en línea es recomendable no tener velocidades de flujo mayores de 1,5 m/seg. Velocidades demasiado altas pueden dar lecturas fluctuantes y reducir la vida útil del electrodo. La temperatura es otro factor a tener en cuenta en la duración del sensor, como regla general la velocidad de las reacciones químicas se duplican con cadaincremento de 10°C desgastando el electrolito del sensor, a mayor temperatura menor vida útil del electrodo.
1.0 INTRODUCCIÓN
El pH es una magnitud de mucha importancia en un sinnúmero de procesos biotecnológicos, como por ejemplo en la neutralización de alimentos. También ha cobrado gran relevancia en la minería y en el control de la contaminación, como es el caso de laneutralización de desechos industriales. El control de esta variable es en general difícil de realizar debido a la dependencia altamente no lineal entre los reactivos que ingresan al sistema y el pH que se establece. Esta nolinealidad ya aparece en la definición, puesto que pH = -log (H+) y se ve reflejada en la forma de la Curva de Titulación. Además, este sistema en ocasiones presenta un comportamiento defase no mínima, de ahí que a veces al disminuir el flujo de algún reactivo se produce una disminución del pH y en otras al aumentar este flujo se produce de igual modo una disminución del pH.
En los últimos 20 años se ha publicado una cantidad importante de trabajos relacionados con la modelación y el control de pH de soluciones. Con respecto a la modelación del establecimiento del pH ensoluciones, es importante mencionar el trabajo presentado por McAvoy et al. en [1] y [2], en el que se presenta un modelo para la neutralización de un ácido débil y una base fuerte, basado en los principios de conservación de masa en condiciones de equilibrio y la electroneutralidad de las soluciones. Posteriormente Jacobs et al. [3] han utilizado estos mismos principios para los casos en que se tiene unácido y una base fuerte. Gustafsson y Waller [7], así como también Wright y Kravaris [11], han extendido estos resultados al caso de la modelación de sistemas en los cuales existe más de un ácido y/o base ya sean fuertes o débiles. Pajunen [6] ha modelado el proceso de establecimiento del pH como un modelo de Wiener, esto es, una parte dinámica lineal seguida por una característica nolinealestática representada por una aproximación polinomial por tramos.
El diseño de algoritmos para controlar pH generalmente toma en cuenta la característica no lineal del proceso. Esta nolinealidad puede ser vista como una ganancia variable en el tiempo, lo cual conduce a controladores lineales adaptables. Hay trabajos donde se adapta los parámetros de un modelo de primer orden para mantener la...
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