Proceso de mezclas en continuo para la obtención de leche normalizada

UNIVERSIDAD DE VIGO

PRÁCTICAS DE SISTEMAS DIGITALES DE CONTROL

QUÍMICA INDUSTRIAL

PRÁCTICA Nº 1
PROCESO DE MEZCLAS EN CONTINUO
OBTENCIÓN DE LECHE ENTERA NORMALIZADA

PROSESOR:
MIGUEL F. LÓPEZ

ALUMNA: DOMÍNGUEZ MARTÍNEZ,LILIANA Fecha de entrega: 02/05/2009

PRÁCTICA 1. PROCESO DE MEZLAS EN CONTINUO: OBTENCIÓN DE LECHE ENTERA NORMALIZADA

ÍNDICE

1 - MODELO DEL SISTEMA,CONSIDERACIONES PREVIAS Y SIMPLIFICACIONES 2 - FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Y ESPACIO DE ESTADOS 3 – DETERMINACIÓN DE VALORES ESTACIONARIOS Y COEFICIENTES 4 - DIAGRAMA DE BLOQUE DEL PROCESO EN LAZO ABIERTO 5 - PROCESO CONTROLADO 6- RESOLUCIÓN A/D DEL ANALIZADOR IR
7 - DETERMINACIÓN DE LAS ECUACIONES DEL AUTOANALIZADOR IR Y DE LA

VÁLVULA DE CONTROL 8 - AJUSTE DEL ALGORITMO DE CONTROL 9 - SIMULACIÓNDEL COMPORTAMIENTO Y LA ROBUSTED DEL SISTEMA 10 - CAMBIO DE TANQUE DE LECHE CONCENTRADA 11 - SUSTITUCIÓN DEL MIXER O MEZCLADOR POR UNA TUBERIA 12 - SIMULACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL NUEVO SISTEMA 13 – COMPARACIONES Y CONCLUSIONES

1- MODELO DEL SISTEMA, CONSIDERACIONES PREVIAS Y SIMPLIFICACIONES

- Mezclador de Mezcla completa = homogénea en todo el tanque. - Densidad constante = 1 g/cm3. - Nose producen retrasos significativos en la medida. - Valor obtenido es el de consigna. F1= Caudal desnatada F2 = Caudal concentrada F30 = Producción objetivo = 600 unidades/min C1 = Concentración desnatada = 0,2 g f/kg C2 = Concentración concentrada = 250 g f/kg C3 = Concentración mezcla = valor consigna: Leche desnatada = 3 g f/kg Leche semidesnatada = 15 g f/kg Leche entera = 32 g f/kg V =Volumen mezcla = 300 kg 1.2 – Balance De Materia En Estado Estacionario F1 + F2 = F3 F1xC1+ F2xC2 = F3xC3 E–S=A F1*C1*dt + F2*C2*dt – F3*C3*dt =V*dC3 F1º * C1 + C1º * F1 + F2º * C2 + F2 * C2º - F3º * C3 = V * dC3/dt F1º * C1 + C1º * F1 + F2º * C2 + F2 * C2º = F3º * C3 + V * dC3/dt F1 + F2 = 600 F1 x 0,2+ F2 x 250 = 600 x 32 F1 = 523,619 kg/min F2 = 76,381 kg/min

1.3 - Balance Global Y LinealizadoSi dividimos todo entre F30 nos sale una serie de ecuaciones F1º /F3º* C1 + C1º/F3º * F1 + F2º /F3º* C2 + F2 * C2º/F3º = C3 + V /F3º* dC3/dt V/F30* dC3dt + C31 = F10/ F30* C1 V /F30* dC3/dt + C32 = C10/ F30* F1 V /F30* dC3/dt + C33 = C20/ F30* F2 V/ F30* dC3/dt + C34 = F20/ F30* C2 Donde K1=F1º/F3º ; Entonces τ* dC3/dt+C3=K1*C1 τ* dC3/dt+C3=K2*F1 τ* dC3/dt+C3=K3*C2 τ* dC3/dt+C3=K4*F2 y y y y G1= C31/C1 = K1/ (τ*s+1) G2 = C32/F1 = K2/ (τ*s+1) G3 = C33/C2 = K3/ (τ*s+1) G4 = C34/F2 = K4/ (τ*s+1) K2=C1º/F3º ; K3=F2º/F3º ; K4=C2º/F3º ; τ = V/F3

2 FUNCIONES DE TRANSFERENCIA Y ESPACIO DE ESTADOS De lo anterior sacamos las funciones de transferencia de las 4 entradas: - Para el flujo de leche desnatada = K1/ (τ*s+1) - Para la concentración de leche desnatada = K2/ (τ*s+1) - Para el flujo deleche concentrada = K3/ (τ*s+1) - Para la concentración de leche concentrada = K4/ (τ*s+1) Para el espacio de estados partimos de la ecuación linealizada: F1º /F3º* C1 + C1º/F3º * F1 + F2º /F3º* C2 + F2 * C2º/F3º = C3 + V /F3º* dC3/dt En la que al sustituir queda como: τ* dC3/dt + C3 = K1 * C1 + K2 * F1 + K3 * C2 + K4 *F2 Al ser lineal C3 es la suma de la variación producida por cada entrada (C1,F1, C2 y F2), esto es: C3 = C31 + C32 + C33 + C34 que al ser variables de estado las nombramos por x1 , x2 , x3 y x4 respectivamente, así como nombramos como u1 , u2 , u3 y u4 a las variables de entrada. Con esto obtenemos: τ* dx1/dt + x1 = K1/ τ *u1 τ* dx2/dt + x2 = K2/ τ *u2 τ* dx3/dt + x3 = K3/ τ *u3 τ* dx4/dt + x4 = K4/ τ *u4 que en forma matricial queda:

x´1 x´2 x´3 x´4 =

-1/ζ 0 0 00 -1/ζ 0 0

0 0 -1/ζ 0

0 0 0 -1/ζ

x1 x2 x3 x4 +

K1/ζ 0 0 0

0 K2 / ζ 0 0

0 0 K3 / ζ 0

0 0 0 K4 / ζ

u1 u2 u3 u4

u1 y = [1 1 1 1] u2 u3 u4

u1 = C1 u2 = F1 u3 = C2 u4 = F2 La variable de salida es función de las variables de entrada, las de estado y del tiempo: y = f(u1, u2, u3, u4 , x1, x2, x3, x4 , t). MEZCLADOR y = x 1 = C3

3- DETERMINAR VALORES ESTACIONARIOS Y...