Proyecto Control Automático
Páginas: 6 (1436 palabras)
Publicado: 23 de noviembre de 2012
INDICE
0. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA………………..2,3
1. CARACTERÍSTICA ESTÁTICA DEL
SISTEMA……………………………………….4,5
2. LINEALIZACIÓN DEL SISTEMA…………….6,7,8
3. DIAGRAMA DE BODE EXPERIMENTAL………………………………9,10
4. CONTROLADORES DISEÑADOS POR EL LUGAR DELAS RAÍCES…….……………………………..11
P…………………………………………………..11-19
PD………………………………………………...19-22PI…………………………………………………23-25
PID……………………………………………….26-30
5. CONTROLADORES DISEÑADOS POR MÉTODOS FRENCUENCIALES………………31
RA………………………………………………...32-34
RR………………………………………………...35-36
RM………………………………………………..37-39
6. AJUSTE PID PARA SISTEMA NO LINEAL…40-42
0.DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Se desea controlar la reacción química que se desarrolla en un reactor en tanque continuamente agitado (CSTR). Este sistema estáformado por un tanque en el que tiene lugar una reacción exotérmica irreversible de descomposición
A → B
El carácter exotérmico de la reacción provoca una continua generación de calor en el seno del tanque que se evacua por medio de una camisa de refrigeración por la que circula el líquido refrigerante, cuya temperatura es Tc y se considera uniforme en toda lacamisa. El líquido refrigerante se enfría mediante un sistema de refrigeración dotado de un sistema de control de temperatura que incorpora acción integral.
La referencia de temperatura de este sistema Tr se puede manipular.
El objetivo de control es regular la concentración de reactivo del producto CA actuando sobre la referencia temperatura de refrigerante Tr. Variando Tr sevaría la temperatura del refrigerante Tc, modificando así la temperatura del tanque y, por lo tanto, la temperatura a la que se realiza la reacción. En consecuencia se acelera o decelera la reacción, variando la concentración de reactivo.
El departamento de ingeniería de la planta ha desarrollado un modelo del sistema bajo las siguientes hipótesis o simplificaciones:
Se supone mezclaperfecta, por lo que la concentración de reactivo en el caudal de salida CA es igual a la concentración en el seno del tanque.
La reacción responde a una cinética de primer orden, por lo que la velocidad de reacción es rA =−k·CA siendo k la constante cinética, que responde a la ley de Arrhenius k = k0· exp(-E/RT)
siendo E la energía de activación de la reacción, R la constante de los gases y k0 laconstante de frecuencia.
La temperatura en el reactor es uniforme y además tan sólo se considera la transferencia de calor con el refrigerante, despreciándose otros efectos térmicos como la transferencia de calor con el medio o la aportación de energía interna del agitador.
Se supone que el nivel de líquido en el tanque se encuentra en equilibrio, de forma que el caudal de entrada al tanque dereactivo A es igual al caudal de salida de producto. En consecuencia el volumen de líquido contenido en el tanque es constante.
Considerando estas simplificaciones se establecen las ecuaciones de balance de masas y energía en el reactor, que dan lugar a las ecuaciones diferenciales que modelan este proceso:
donde CA es la concentración del reactivo A en el tanque, T es la temperatura en elmismo y Tc es la temperatura del refrigerante, CAf , Tf y q son la concentración de A, la temperatura y el caudal del flujo
de entrada, V el volumen de líquido contenido en el tanque.
Se sabe además que el sistema de refrigeración (controlado con un PI) es tal que la dinámica de la temperatura del refrigerante Tc frente a variaciones de la referencia Tr responde a una dinámica de
primer orden deconstante de tiempo τ . El sistema de refrigeración tiene la posibilidad de trabajar en un rango de temperatura de referencia entre 300 K y 450 K.
1.OBTENCIÓN DE LA CARACTERÍSTICA ESTÁTICA DEL SISTEMA
Para la realización de este apartado, hemos usado el modelo de Simulink de la planta proporcionado, el cual ha sido excitado con escalones en...
0. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA………………..2,3
1. CARACTERÍSTICA ESTÁTICA DEL
SISTEMA……………………………………….4,5
2. LINEALIZACIÓN DEL SISTEMA…………….6,7,8
3. DIAGRAMA DE BODE EXPERIMENTAL………………………………9,10
4. CONTROLADORES DISEÑADOS POR EL LUGAR DELAS RAÍCES…….……………………………..11
P…………………………………………………..11-19
PD………………………………………………...19-22PI…………………………………………………23-25
PID……………………………………………….26-30
5. CONTROLADORES DISEÑADOS POR MÉTODOS FRENCUENCIALES………………31
RA………………………………………………...32-34
RR………………………………………………...35-36
RM………………………………………………..37-39
6. AJUSTE PID PARA SISTEMA NO LINEAL…40-42
0.DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Se desea controlar la reacción química que se desarrolla en un reactor en tanque continuamente agitado (CSTR). Este sistema estáformado por un tanque en el que tiene lugar una reacción exotérmica irreversible de descomposición
A → B
El carácter exotérmico de la reacción provoca una continua generación de calor en el seno del tanque que se evacua por medio de una camisa de refrigeración por la que circula el líquido refrigerante, cuya temperatura es Tc y se considera uniforme en toda lacamisa. El líquido refrigerante se enfría mediante un sistema de refrigeración dotado de un sistema de control de temperatura que incorpora acción integral.
La referencia de temperatura de este sistema Tr se puede manipular.
El objetivo de control es regular la concentración de reactivo del producto CA actuando sobre la referencia temperatura de refrigerante Tr. Variando Tr sevaría la temperatura del refrigerante Tc, modificando así la temperatura del tanque y, por lo tanto, la temperatura a la que se realiza la reacción. En consecuencia se acelera o decelera la reacción, variando la concentración de reactivo.
El departamento de ingeniería de la planta ha desarrollado un modelo del sistema bajo las siguientes hipótesis o simplificaciones:
Se supone mezclaperfecta, por lo que la concentración de reactivo en el caudal de salida CA es igual a la concentración en el seno del tanque.
La reacción responde a una cinética de primer orden, por lo que la velocidad de reacción es rA =−k·CA siendo k la constante cinética, que responde a la ley de Arrhenius k = k0· exp(-E/RT)
siendo E la energía de activación de la reacción, R la constante de los gases y k0 laconstante de frecuencia.
La temperatura en el reactor es uniforme y además tan sólo se considera la transferencia de calor con el refrigerante, despreciándose otros efectos térmicos como la transferencia de calor con el medio o la aportación de energía interna del agitador.
Se supone que el nivel de líquido en el tanque se encuentra en equilibrio, de forma que el caudal de entrada al tanque dereactivo A es igual al caudal de salida de producto. En consecuencia el volumen de líquido contenido en el tanque es constante.
Considerando estas simplificaciones se establecen las ecuaciones de balance de masas y energía en el reactor, que dan lugar a las ecuaciones diferenciales que modelan este proceso:
donde CA es la concentración del reactivo A en el tanque, T es la temperatura en elmismo y Tc es la temperatura del refrigerante, CAf , Tf y q son la concentración de A, la temperatura y el caudal del flujo
de entrada, V el volumen de líquido contenido en el tanque.
Se sabe además que el sistema de refrigeración (controlado con un PI) es tal que la dinámica de la temperatura del refrigerante Tc frente a variaciones de la referencia Tr responde a una dinámica de
primer orden deconstante de tiempo τ . El sistema de refrigeración tiene la posibilidad de trabajar en un rango de temperatura de referencia entre 300 K y 450 K.
1.OBTENCIÓN DE LA CARACTERÍSTICA ESTÁTICA DEL SISTEMA
Para la realización de este apartado, hemos usado el modelo de Simulink de la planta proporcionado, el cual ha sido excitado con escalones en...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.