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Laboratorio de Instrumentación y Control de Procesos


















Práctica #1
Sistema Dinámico para un tanque de nivel




Maritsa Guadalupe Morales Campos IQ548487


Profesor:
I.Q. Andrés Herrera Pérez

01 de Marzo de 2013Resumen
En esta práctica se llevó a cabo el estudio del comportamiento del nivel de un líquido determinado en un tanque. Se utilizó unsistema de lazo abierto, a partir del modelo de dicho sistema se obtuvo el coeficiente de descarga del orificio, la velocidad media a la salida del tanque, la constante del elemento final de control (válvula) y el exponente del tipo de asiento obturador del elemento final de control. Los valores obtenidos durante el procedimiento experimental fueron: Cv=0.6433 (coeficiente de descarga delorificio), v2=4.1220 m/s (velocidad media de salida del tanque), Kv=2.31x10-06 (constante de la válvula), n=0.832 (exponente dependiente del tipo de asiento obturador de la válvula).

Objetivo
Obtener las constantes para un sistema de un tanque para el control del nivel del líquido dependiente del flujo de entrada de agua a partir del modelo de un lazo abierto.

Introducción
Un lazo de control esel conjunto de elementos utilizados para llevar acabo un determinado proceso bajo condiciones específicas. Los elementos que forman parte de un lazo de control son: un proceso, controlador, transmisor, elemento final de control (ver figura 1). Los sistemas de control pueden dividirse en distintos tipos: sistema de control on-off, sistema de control de lazo abierto y sistema de control de lazocerrado.


Figura 1. Diagrama de bloques de un lazo de control.

En el sistema de control on-off, el elemento final de control únicamente puede tomar dos posiciones fijas, con respecto a la variable controlada. En un sistema de lazo abierto no es posible verificar si se ha llegado al set-point que se desea, debido a que no cuenta con un elemento de medición a la salida del proceso. Los sistemasde lazo cerrado se caracterizan debido a que cuentan con un elemento de medición de la variable del proceso, de esta manera, es posible comparar las señales del medidor con el valor deseado del set-point.
Para la determinación del modelo matemático, con respecto a la altura del tanque, para el sistema utilizado durante este proceso experimental se realiza partiendo de los balances de materia yenergía. De esta manera se llega a la expresión diferencial para el sistema:

Ecuación 1
Donde:

Ecuación 2


Ecuación 3
El modelo matemático respecto al porcentaje de apertura de la válvula Pv , con Sc contante se llega a la expresión:

Ecuación 4

Para obtener el valor de n y la constante Kv, se requiere graficar el logaritmo del flujo de entrada ln(F1) contra el logaritmo delporcentaje de apertura del elemento final de control y posteriormente, realizar la regresión lineal para obtener el valor de la pendiente dicho valor corresponde a n, el valor de Kv se genera a partir de la intersección con el eje y.


Métodos y Materiales
El sistema de control utilizado en esta práctica se armó como se muestra en el diagrama 1, se conectaron los equipos necesarios para generar ellazo de control abierto los cuales fueron el transmisor, el controlador y el elemento final de control, para armar el equipo correctamente se revisaron los manuales de cada uno de los elementos utilizados. El diagrama 2 muestra la conexión de los equipos que forman el circuito de recirculación de agua y el equipo de control.
Los datos obtenidos durante el proceso experimental se encontrabanentre el 75% y 100% de apertura del elemento final de control. Se comenzó fijando una apertura equivalente del elemento final de control del 100%, se esperó a que el sistema llegara a su estado estacionario y a continuación se procedió a registrar los datos (porcentaje de apertura de la válvula de alimentación, altura del nivel del líquido en el tanque, tiempo en llegar al estado estacionario, señal...