intercambiador de calor por chaqueta de agua

DISPOSITIVO INTERCAMBIADOR DE CALOR POR MEDIO DE CHAQUETA DE AGUA

Felipe Prieto Díaz
Fredy Rojas Cruz
Christian Urrego Salas

Facultad de Ingenieria, Ingenieria Electrónica
Universidad de Cundinamarca
2013
Palabras Clave: Acondicionamiento, Actuador, Amplificador Operacional, PWM, Sensor, PID.
Keywords: Conditioning, Actuador, Operational Amplifier, PWM, Sensor, PID.

RESUMEN
Conel fin de optimizar un proceso intercambiador de calor por medio de chaqueta de agua, se llevo a cabo la adecuacion de la señal del sensor y la señal del actuador. Obteniendo una funcion de transferencia que permitio la caracterización del sistema, siendo posible obtener ciertos parametros para la construccion del controlador PI.
ABSTRACT
For the purpose of optimize a process heat exchangerthrough water jacket, was carried out the adjustment of the signal from sensor and the signal of the actuator. Obtaining a transfer function that enabled the characterization of the system, making it possible to obtain certain parameters for the construction of the PI controller.

* * *



1. INTRODUCCIÓN
En el proceso de instrumentación es de gran importancia seleccionar dispositivos con loscuales se pueda lograr cumplir con los objetivos de la planta; Un sensor capaz de realizar medidas posiblemente mayores a los rangos deseados de trabajo, es necesario saber qué tipo de señales de respuesta nos proporciona para luego hacer la respectiva adecuación. Con respecto al actuador es necesario estar al tanto de qué manera se desea gobernar su funcionamiento, saber si es necesario realizaralgún tipo de modificación para variar su respuesta.
Todo lo mencionado lleva a poder realizar el modelo matemático que nos aproxime a una expresión con la que se pueda describir el funcionamiento de la planta.
Permitiendo a partir del modelo matemático definir los parámetros iniciales que nos permitirán sintonizar un controlador, optimizando el proceso que se lleva a cabo.
2. METODOLOGÍAPara la implementación y diseño del controlador PID que se aplicara a nuestra planta y la respectiva obtención de parámetros de arranque, utilizamos el modelo de sintonización de controladores Zieggler Nichols en lazo abierto. Debido a que previamente se realizaron pruebas que determinaron el comportamiento del sistema. Como se muestra en la siguiente gráfica.



Grafica [1]Comportamiento de Planta.
A partir de la gráfica anterior, es posible obtener la función de transferencia de la planta. Y de ello es posible declarar los parámetros de arranque, estos son utilizados para la sintonización del controlador PID.
La función de transferencia por curva de reacción del sistema es descrita a continuación:



El 1/5 es por que se uso un escalon de 5V.

Basados ennuestra función de transferencia, obtenemos un modelo de controlador PID lo más ideal posible, teniendo en cuenta los parámetros de funcionamiento de la planta tales como tiempo de reacción. Ya que sería imposible obtener modelos de controladores que tengan respuestas (Tr, Ts, etc) rápidas en comparación con el rendimiento en cuanto a tiempos de la planta.
Usando la tabla de sintonización de PID deZieggler Nichols lazo abierto que se muestra a continuación:
Parámetro
Kp
Ti
Td
P
1/RL
∞
0
I
0.9/RL
3.3L
0
D
1.2/RL
2L
0.5L
Tabla1. Calculo de parámetros mediante ZN en lazo cerrado.
Siendo posible obtener los siguientes resultados:
Parámetro
Kp
Ti
Td
PID
14.5
330
0

Donde


A partir de los parámetros hallamos realizamos la sintonización del controlador lo máseficientemente posible, para lo cual realizamos pruebas observando la respuesta ofrecida por el controlador y así mismo la obtenida por el sistema. Donde los valores obtenidos para P e I son:


Diseño del controlador PID
El controlador utilizado en la planta implementada es un controlador PID paralelo, el cual está constituido por una etapa de acción de control proporcional y una etapa integral...