PRÁCTICA DE CONTROL DE PROCESOS

PRACTICA N° 2: ANALISIS DE LAS VARIABLES Y POTENCIAL DINÁMICO DE UN PROCESO

OBJETIVO GENERAL:

Lograr una cabal comprensión, análisis y desarrollo de la dinámica de los sistemas, en el marco de los planteamientos teórico- prácticos del control de procesos en Ingeniería Química.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Evaluar el comportamiento en estado no estacionario. Determinar los parámetros de control a partir de la dinámica del proceso. Determinar las variables de control: Resistencia, Tiempo muerto, Ganancia del

proceso. Constante tiempo.

EQUIPOS E INSTRUMENTACIÓN

Equipo:

Módulo 2: Tanque agitado para la homogenización de concentración.

Instrumentación:o Probetao Jarraso Recipientes (vasos de plástico)o Baldeso Cronometroo Tacómetroo Balanza digital

Materiales:o Agua potableo Sal

Servicios:o Aguao Energía eléctrica

PROCEDIMIENTO BÁSICO

1. Descripción temática del equipo

Tanque amortiguador de concentración

Equipo comprendido por 3 tanques:

Dos de abastecimiento de flujo Uno al cual se denomina operador

TACÓMETRO

TANQUE SUMINISTRADOR DE SOLUCION SALINA

TANQUE SUMINISTRADOR DE AGUA

TUBERIAS

LLAVE

ENTRADASENTRADA

TABLERO DE CONTROLTANQUE AMORTIGUADOR

SALIDA

TACÓMETRO

TANQUE SUMINISTRADOR DE SOLUCION SALINA

TANQUE SUMINISTRADOR DE AGUA

TUBERIAS

LLAVE

ENTRADASENTRADA

TABLERO DE CONTROLTANQUE AMORTIGUADOR

SALIDA

Accesorios:

Agitador Bafles Tuberías Llaves

Instrucciones de uso y funcionamiento del equipo

Revisar el equipo, que no haya fugas, rajaduras o cualquier irregularidad que pueda afectar los resultados de la experiencia o nuestra seguridad.

Definir los flujos de entrada y salida, para esto antes regularemos los flujos lo más preciso posible, haciendo una prueba al vacio, percatándonos que la altura en el tanque operador sea constante. Considerar que la altura del líquido de los tanques abastecedores también debe ser constante.

Después de establecer los flujos y alturas constantes procederemos con lo siguiente:

Llenar el tanque amortiguador (operador) con una sustancia a cierta concentración, de preferencia saturada, debe ser conocida y a temperatura ambiente.

Verificar que el funcionamiento del motor, conectarlo y definir su RPM con la ayuda del tacómetro, esto también se realizara con una prueba al vacío y dejar el equipo listo para trabajar.

Empezar la prueba, abriendo los flujos de agua ya establecidos y prendiendo el motor considerando que los RPM deben ser constantes, recoger muestras a cada cierto tiempo el cual debe definirse hasta que se alcance un estado estacionario, anotar el tiempo y conservar las muestras.

Las muestras para cada tiempo se tomaran por duplicado, para tener una mayor exactitud en la medición.

Cuando la concentración de salida sea igual a la de entrada, la dinámica de proceso termino y el sistema se encuentra en estado estacionario

2. Para cada sistema: a) Analizar los procesos de transformación (Masa, Calor o Momento),

empleando la Matriz 2 de Experimentos Inteligentes

TANQUE AMORTIGUADOR DE CONCENTRACIÓNMATRIZ Nº 2: Análisis de Procesos “Donde hay un cambio hay un proceso”

Nombre del

Ingresos

Operadores de

Salidas

Análisis de Variables

Nombre (Símbolo) Contexto

Proceso CambioEntrada Operad

oresSalida Factore

s favorab

les

Factores desfavor

ables

Tanque amortiguadorde concentración

Flujo de solución salina

Concentración de solución salina

Tanque amortiguador

Flujo de agua salina concentrada

Concentración de la solución salina

Flujo volumétrico de solución salina (q1)

Concentración inicial de la solución salina(C1)

Temperatura (T1)

RPM del motor

Tipo de agitador

Forma geométrica del tanque

Deflectores

Nivel del tanque

Flujo Volumétrico de la solución salina concentrada (q2)

Concentración de la solución (Cs)

Temperatura (Ts)

Tiempo ()

Agitación axial

Flujo turbulento

Posible generación de vórtice

Sedimentación de La sal

Nivel del agua

b) Identificar las variables de entrada y salida, determinando las interrelaciones existentes entre ellas.

VARIABLES DE ENTRADA CONSIDERACIONES DE SU ELECCION

Flujo de solución salina

saturada

Este flujo debe ser constante, ya que la variación afectaría

el resultado y la dinámica de primer orden de nuestro

proceso.

Concentración inicial de

la solución salina

La concentración debe ser conocida para realizar los

posteriores análisis.

VARIABLES DE SALIDA CONSIDERACIONES DE SU ELECCION

Concentración de

solución final

La consideraremos de una forma especial debido a que su

variabilidad reflejara los cambios que se produjeron en el

inicio del sistema.

Flujo volumétrico de

solución

Este flujo tendrá que ser también constante y tener una

velocidad en la cual no se produzca acumulación o pérdida

de solución en el tanque.

Tiempo cronológico de

operación

Cada cierto tiempo se tomara muestras para ver la relación

entre éste y la concentración de la solución salina.

Tiempo para el flujo

volumétrico

Con el uso de un cronometro se controlara el tiempo para

determinar el flujo volumétrico.

VARIABLES DEL

OPERADORCONSIDERACIONES DE SU ELECCION

RPM del agitador

Los RPM tendrá un valor adecuado para que la mezcla sea la

más homogénea posible, para que no haya datos

incoherentes en la concentración final de la solución,

Tipo de agitador Tendrá que ser axial para poder ayudar a la homogenización.

Forma geométrica del

tanque

Referido a las relaciones entre el diámetro del tanque, lo

forma y tamaño de las aletas de los agitadores, etc.

Deflectores Ayudara a que los vórtices sean eliminados.

Nivel Para que no se presente ni acumulación ni perdida de

solución.

c) Elegir y sustentar la elección de la Variable Controlable (VC)

VARIABLE CONTROLABLE CONSIDERACIONES DE SU ELECCION

Concentración de la solución de salida

Se llegó a la conclusión que será la concentración final, debido que cualquier modificación que se realice en las variables del proceso, será afectada la concentración de salida. La dinámica será analizada en función a esta variable

Nivel del tanque Se mantiene constante con el fin de uniformizar nuestros resultados.

e) Determinar el impacto de la variabilidad de las VE en la VC.

A mayor flujo de entrada la concentración de la solución salina en el tanque será más rápida.

A menor flujo de entrada la concentración de la solución salina en el tanque será más lenta.

Debe considerarse que la gradiente de concentración debe ser mayor, para no alcanzar el estado estacionario en poco tiempo y poder evaluar los cambios en el sistema y su influencia en la variable controlable.

El sistema debe trabajarse a una temperatura constante (Ta=Ts)

f) Establecer las condiciones que determinen estados estacionarios y no estacionarios.

ESTADO ESTACIONARIO ESTADO NO ESTACIONARIO Controlando el nivel del

tanque Controlando la concentración

Variando el flujo ya que habría una acumulación

de la solución salina Que el flujo de entrada y

salida sean iguales

Variando la concentración en el tanque

g) Elegir y sustentar la elección de la Variable Manipulable (VM)

VARIABLE MANIPULABLE

CONSIDERACIONES DE SU ELECCION

Flujo de entrada Es la variable que ejerce mayor influencia en la variable controlable y de la que va a depender que la concentración final cambie en función del tiempo de operación.

3. Estudiar la dinámica del sistema (DS) ¿Cómo se comportaría el proceso si se cambiara las VE?

3.1. Si se cambia la concentración de entrada

Concentración de la solución salina: al cambiar esta concentración habrá una diferencia en los tiempos de respuesta.

3.2. Si se cambia la altura del líquido en el tanque

En el tanque amortiguador : el flujo final variará, debido a que esto puede producir una acumulación o en su defecto una deficiencia de líquido necesario. Se tendrá que regular nuevamente los caudales para lograr una altura constante y evitar la acumulación.

En el tanque de abastecimiento de solución salina : si la altura de la solución en este tanque varia, cambiará igualmente nuestro flujo, debido a que la presión de líquido ya no ayudara al flujo que se estableció inicialmente.

3.3. Si se cambia los flujos de entrada

Esto también afectara a los tiempos de respuesta, la variación del flujo afectara tanto a la altura del tanque amortiguador como a la concentración de salida.

4. verificando que logre el modelo correcto. Tomar como base la ecuación general siguiente:

{Entrada} + {Producción} = {Salida} + {Acumulación}

Asunciones:

Tanque con flujos y nivel constante Mezcla perfecta

C=Ci

BALANCE PARA EL ESTADO NO ESTACIONARIO

qCi+0=qC+d(VC )dt

qCi=qC+d(VC )dt

BALANCE PARA EL ESTADO ESTACIONARIO

qCiee=qC ee

DIFERENCIA DE BALANCES

q (Ci−Ciee )=q (C−Cee )+V dCdt

EcuacionDiferencial quedescribe la Dinámicade1er ordendel proceso

Dónde:

τ=Constante de tiempo o tiempo derespuesta

k=Gananciao sensibilidad

q C i=Vd Cdt

+qC

VdCdt

+q C=q C i

VqdCdt

+C=C i

τd Cdt

+ C=KC i

τ=Vqy K=1

N° Prueba masa(gr) volumen(ml) Densidad(g/ml) tiempo (s) caudal(ml)123456789

101112131415161718192021

Resultados del corrido de prueba final.

N° Prueba Masa(g) Volumen(ml) Densidad(g/ml) Tiempo (s)Caudal de salida

(ml/s)123456789

101112131415161718

192021