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PROBLEMA N°5

Sea el tanque con agitador representado en la fgura:

El objetivo es controlar la temperatura del uido manipulando el

caudal de vapor al serpentín. La presión de suministro del vapor puede

variar debido a cambios en la demanda de otros consumidores de vapor.

Se dispone de un sensor para medir la presión de vapor a la entrada del

serpentín, así como los medidores del caudal de entrada de uido río

de su temperatura. El nivel de líquido en el tanque est! regulado por un

controlador de nivel de tipo "# de ganancia

tiempo integral $i % &'s. (ediante una serie de e)periencias

llevadas a cabo en el entorno de las condiciones nominales de operación,se *an obtenido las unciones de transerencia que se presentan a

continuación +constantes de tiempo tiempos muertos en segundos.

• Presión de vapor (atm)-posición de válvula (% apertura):

• Temperatura del tanque (ºC)-presión del vapor (atm):

• Temperatura del tanque(ºC)- caudal de entrada de producto (l/s)

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• Temperatura del tanque(ºC) – temperatura de entrada del producto (ºC)

• Temperatura del tanque(ºC) – temperatura de entrada del producto (ºC)

a. i!u"ar el dia#rama de !loques del proceso$ apareciendo la altura la

temperatura del producto como varia!les de salida. &denti'icar todas las

varia!les si#ni'icativas (manipulada$ controlada$ pertur!aciones a la entrada  pertur!aciones a la salida)

b. -isear una estrategia, utili/ando o combinando t0cnicas decontrol complejas, que tenga en cuenta todas las característicasdel proceso. 1ustifcar la elección de dic*a+s estructura+s. 23u0dierencias en la respuesta pueden esperarse rente al bucle derealimentación simple4

c. -isear sintoni/ar los controladores necesarios del esquema decontrol del apartado , teniendo en cuenta que se desea que latemperatura del producto de salida siga e)actamente a lareerencia.

Desarrollo

a) Dibujar un diagrama de bloques del proceso completo identifcandotodas las variables signifcativas y sus unidades (manipuladas,controladas y perturbaciones a la entrada y a la salida).

Figura 5.1-Diagrama de bloque completo de un sistema serpentn.

5ariables 6ontroladasa. 7 salida % 8ltura tanqueb. $ salida % $emperatura tanque

"erturbación salidaa. $9  6audal uido riob. 95  $emperatura uido rio

"erturbación entradaa. " "resión de vapor

5ariable manipulada

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;n es la unción de transerencia del tanque el cual no esespecifcado.

o igual al de la planta .

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b. Dise!ar una estrategia, utili"ando o combinando t#cnicas de controlcomplejas, que tenga en cuenta todas las caractersticas del proceso.

 $ustifcar la elecci%n de dic&a(s) estructura(s). 'u# dierencias en larespuesta pueden esperarse rente al bucle de realimentaci%n simple*

Lo m!s conveniente para el sistema estudiado es ocupar un controlanticipativo un predictor Smit* complementados.

El control anticipativo lo usaremos para atenuar las perturbacionese)ternas, a que estas aectan m!s directamente a la variable de salida, de esta orma actuar antes de que la perturbación se propague a la salida,este control no aecta a control realimentado de la temperatura así que noes necesario sintoni/ar un nuevo controlador "#-.

6omo nuestro sistema tiene una respuesta lenta con gran retardo otiempo muerto lo m!s conveniente es usar predictor de Smit* de orma deorma de atenuar el retardo el overs*oot que se provoca en el comien/o.

En la siguiente fgura se puede observar cómo debe nuestro sistema con lo

antes descrito.

Figura 5.1+-Diagrama de bloque del sistema con todos loscontroladores

c. Dise!ar y sintoni"ar los controladores necesarios del esquema de control

del apartado , teniendo en cuenta que se desea que la temperatura del producto de salida siga eactamente a la reerencia.

6omo primer paso se disea la etapa de control anticipativo paraambas seal es de perturbaciones, quedando de siguiente orma.

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En ;99

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Figura 5.1- /rafca de salida del sistema completo.

-e la fgura '.&< se puede observar la respuesta del sistema completo

con ambas perturbaciones, la ;& es un tren de pulso de amplitud de >,& periodo de ?>> mint. el cual su eecto es atenuada por completo, en cambio seve claramente que la perturbación ;< , que tiene un escalón de >.& deamplitud a los '>> minutos, tiene un eecto notorio a que la ormula ocupadapara atenuar o eliminar esta perturbación ue la apro)imada +en este caso;99