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Control de Procesos
INDICE DINÁMICA DE LA TRANSFERENCIA DE MASA EN UN TANQUE AMORTIGUADOR DE CONCENTRACIONES
1.- OBJETIVOS 1.1.- OBJETIVO GENERAL 1.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2.- MARCO TEÓRICO 2.1.- VARIABLE CONTROLABLE 2.2.- VARIABLE MANIPULABLE 2.3.-PUNTO DE CONTROL 2.4.- TANQUES MEZCLADORES 2.4.1.- MODELOS MATEMÁTICOS 3.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.- PARTE EXPERIMENTAL 5.- ANÁLISIS DE RESULTADOS 6.- CONCLUSIONES 7.- BIBLIOGRAFÍA
DINÁMICA DE LA TRANSFERENCIA DE MASA EN UN TANQUE AMORTIGUADOR DE CONCENTRACIONES
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1.- OBJETIVOS: 1.1.- OBJETIVO GENERAL : Estudiar la dinámica el proceso de transferencia de masa en un tanque amortiguador • de concentraciones, contrastando el comportamiento experimental del sistema y lo predeterminado por los modelos matemáticos que correspondan. 1.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS : Determinar el efecto de las siguientes variables en la dinámica del proceso de • transferencia de masa que tiene lugar: ✔ Concentración de las corrientes de alimentación (i):(Ci1);(C i2). ✔ Concentración de la corriente de salida (s);(Cs). ✔ Caudal de las corrientes:(Q1);(Q2);(Q3). ✔ Tiempo de residencia en el tanque amortiguador (Tr ). Haciendo uso de la función correspondiente a la dinámica encontrada, determinar • para cada caso los siguientes parámetros para el control del proceso: (1) Ganancia; (2) Constante de Tiempo. Analizar las interrelaciones entre las variables evaluadas y su correlación con los • modelos matemáticos respectivos, y establecer la correspondencia entre las funciones experimentales y las matemáticas.
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2.- MARCO TEÓRICO: 2.1.- VARIABLE CONTROLABLE: Es la variable que se debe controlar o mantener dentro de algún valor deseado. 2.2.- VARIABLE MANIPULABLE: Es la variable que se utiliza para mantener a la variable controlada en el punto de control. 2.3.- PUNTO DE CONTROL: Es el valor deseado para la variable controlable. Se llama también punto de régimen. 2.4.- TANQUES MEZCLADORES: Generalizando, podemos decir que el sistema de control en cascada actúa a un esquema jerarquizado de variables de control, distinguiéndose entre variables primarias (master) y secundarias (slave). Las variables primarias serán las controladas, mientras que las secundarias son aquellas manipuladas/controladas para conseguir llevar al sistema al régimen de operación determinado por las variables primarias.
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2.4.1.- Modelos Matemáticos: A. Balance del tanque 1 El tanque 1 con variables constantes (v,C,q) sera considerado como alimentador del tanque 2. Por tanto no se considera su dinámica de proceso. B. Balance de masa en el tanque 2 ➢ Asumiendo un tanque perfectamente mezclado, el balance de masa para la sal en el tanque 2 a condiciones no estacionarias da: qC 1( t )
=
d (VC 2( t ) ) dt
+
qC 2( t )
Balance de masa en el estado estacionario: qC 1ee
=
qC 2
ee
Diferencia entre los balances de masa: q (C 1( t )
−
C 1ee ) = V
dC 2 (t ) dt
+
q (C 2(t )
−
C 2
ee
)
Obteniendo las variables de desviación: ˆ2 d C ˆ ˆ qC 1 = V + qC 2 dt
Ordenando la ecuación de la forma convencional: V ˆ V d C 2 q dt
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+
ˆ2 d C dt
ˆ C 2
=
+
ˆ2 qC
ˆ C 1
=
ˆ1 qC
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Obteniendo la ecuación general con sus parámetros τ
ˆ2 d C dt
τ =
V q
+
ˆ2 C
y
=
ˆ1 K C
K = 1
3.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Diluir 189gr de NaCl en un 5 litro de agua y llenarlo en el primer tanque. • Llenar el segundo tanque de agua hasta 3lt. aproximadamente. • Abrir las válvulas de los dos tanques para mantener el volumen y el caudal de carga • y descarga constante. Aplicar agitación en el segundo tanque para una mezcla uniforme. • Cada cierto tiempo tomar una muestra y medir su concentración con el • conductímetro. 4.- P ARTE EXPERIMENTAL: Se obtuvieron los siguientes datos: Con una concentración inicial de 37.8gr/lt. Los datos con la relación se la cambian a concentración en gr/L: Tabla de la dinámica del proceso: Numero de prueba 1 2 3 4 5 6 7 8 5
Caudal = q =1.32 lt/min Volumen del tanque amortiguador = V = 3 L 5.- ANÁLISIS DE RESULTADOS: Con los datos obtenidos graficamos la dinámica del proceso:
Calculo de la ganancia del proceso (Kp): Por medio de las dos graficas se obtiene los rangos de variación del proceso:
La ganancia del proceso es de 0.378. Calculo de la constante de tiempo (τ): Por medio de la grafica de la dinámica del proceso se obtiene la diferencia de tiempos: 7
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τ=Vq τ=3lt1.32ltmin=2.27 min
La constante de tiempo para el proceso es de 2.27 min.
6.- CONCLUSIONES: En la práctica realizada se estudió la dinámica el proceso de transferencia de masa • para un tanque amortiguador de concentraciones, analizando los modelos matemáticos respectivos del experimento. Se determinó los siguientes parámetros de control del proceso, siendo los resultados • iguales a: Constante de Tiempo 0.378 g/L% 2.27 min Concentración de la corriente de alimentación C1 es de 37.8gr/lt. Concentración de la corriente de alimentación C2 varía con el tiempo El caudal de las corrientes:(q1);(q2)= (q), es de 1.32 lt/min Tiempo de residencia en el tanque amortiguador (Tr ) es de 2.27 min. . Ganancia
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7.- BIBLIOGRAFÍA: http://pastranamoreno.files.wordpress.com/2011/03/control_procesos-valvulas.pdf • Control Automático de Procesos, Smith •
