185593909 Matriza de Tanques
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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