Examen Control de Procesos: Producción de Poliésteres

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RUT:
Nombre y Apellido 2:
RUT:
Nombre y Apellido 3:
RUT:
ASIGNATURA:
SECCIÓN:
CAP 6101
PROFESOR:
La planta que analizaran produce los llamados “Poliesteres” que se fabrican a partir de iniciadores y
catalizadores y unos óxidos orgánicos. Estos polimerizan por efecto de la temperatura mediante una reacción
química exotérmica. Son líquidos transparentes, químicamente muy similares y se utilizan en aplicaciones muy
diversas tales como bases para pinturas, espumas para colchones, adhesivos, elastómeros, recubrimientos
sellantes, aislantes de tuberías y cámaras frigoríficas, etc.
Requerimientos mandantes:
a) Control de la temperatura del producto final de 85ºC considerando un tiempo de estabilización de 460 seg
b) El producto final debe considerar estrictamente la relación entre el producto A y B para mantener la calidad.
El producto B debe ser un porcentaje respecto al flujo A, para este examen será del 20%.
c) EL nivel del estanque A debe mantenerse adecuándose automáticamente al requerimiento del nivel del reactor
(debe entenderse que buscará un equilibrio natural cuando el SP de nivel del reactor se alcance).
d) El nivel de reactor debe mantenerse estrictamente en 70 cms de modo de no afectar la producción.
e) El flujo del producto final que es bombeado desde el reactor a través de un variador de frecuencia, debe ser
controlado de acuerdo a requerimiento de producción que puede variar desde 0,1 a 10 lts/min
f) La Temperatura del producto B debe ser controlado a un valor de 37ºC y sintonizado en 50 segundos.
Datos importantes del proceso: Qa= 100 ; Ta =30ºC ; Válvulas y Transmisores con FT unitarias, Variador de
frecuencia unitario. Gbomba(s) = 0.1/0.1S+1; Gqa(s) = 0.8 Ha(s) ( flujo saliente del estanque A )
Se solicita:
A) Propuesta P&ID de diseño de Control considerando los requerimientos mandantes. ( 7 puntos )
B) Diagrama de bloques de la propuesta anterior. ( 7 puntos )
C) Determinación de las funciones de transferencias y Sintonías respectivas ( 7 puntos )
D) Simulación del diseño en Simulink
a. Impresión pantalla del diagrama simulado. ( 7 puntos )
b. Impresión de graficas de respuestas para las variables solicitadas ( 7 puntos)
c. Impresión de resultados “display “para cada actuador, cada entrada, cada salida, todas plenamente
identificadas ( 7 puntos)
d. Tabla de valores finales de la simulación para la situación siguiente: Se requiere una Producción de 5
Lts/min, Razón producto B de un 25% del producto A, Ta= 28 , Tb= 37 ; Tfp=82ºC ( 7 puntos )
Ha
%valv A
Qa
Qb
%valv B
Hreactor
%valv
vapor
%Vdf
%valv.Tb
Qt al
reactor
Se tienen las curvas de reacción del estanque, intercambiador y reactor, todas bajo condiciones iniciales al
100% de escalón.

Estanque G(s)= H(s)/Qa(s)

Reactor : T(s)/Vapor(s)

Reactor : T(s)/Flujo Qt(s)

Nivel Reactor : Ghr(s) = H(s)/ Qe(s)

Intercambiador : Tb(s)/Vapor(s)
DESARROLLO:
A) Propuesta P&ID de diseño de Control considerando los requerimientos mandantes. ( 7 puntos )
LC
SP
LT
FT
CR
SP
SP
FC
FT
LC
LT
TC
TT
TT
SP
FT
VDF
FC
SP
TC
SP
B) Diagrama de bloques de la propuesta anterior. ( 7 puntos )
Controlador
Válvula
Intercambiador
Temp. TK-B
SP-T
Transmisor de temperatura
Controlador
Válvula
Planta
Flujo B
SP-R
Transmisor de flujo
Temp. TK-A
Controlador
Válvula
Reactor
SP-T
Temp. Reactor
Transmisor de temperatura
Flujo
A
Controlador
Válvula
Estanque
SP-L
Nivel TK-A
Transmisor de nivel
Flujo B
Controlador
SP-L
Válvula
Reactor
VDF
Reactor
Nivel Reactor
Transmisor de nivel
Flujo C
Controlador
SP-F
Bomba
VDF
Flujo C
VDF
Transmisor de nivel
C) Determinación de las funciones de transferencias y Sintonías respectivas ( 7 puntos )

Estanque G(s)= H(s)/Qa(s)

Reactor : T(s)/Vapor(s)

Reactor : T(s)/Flujo Qt(s)

Nivel Reactor : Ghr(s) = H(s)/ Qe(s)

Intercambiador : Tb(s)/Vapor(s)
SINTONÍA
Para la implementación de los lazos de control se consideraron solo controladores tipo PI ideal saturados en
su salida de 0% a 100% .
En la siguiente tabla se muestran los resultados de las sintonías para cada lazo:
Lazo
Kp
Ki
Control de flujo B
0.5
20
Control de nivel del estanque A
0.5
0,0244
Control de nivel del reactor
0.35
0,0909
Control de flujo C
0.35
10
Para aquellos lazos que tenían requerimientos mandantes de tiempo de establecimiento, se aplicaron las
fórmulas de sintonía, pero para mejorar el desempeño del lazo de control se realizó modificaciones en la
constante proporcional en torno a dichos resultados, obteniéndose las siguientes sintonías:
Lazo
Kp por formula
Ki por fórmula
Kp mejorado
Control de temperatura del 0,1976
producto final
0,0322
0,3
Control de temperatura del 0,7722
producto B
0,0909
0.75
D) Simulación del diseño en Simulink
a. Impresión pantalla del diagrama simulado. ( 7 puntos )
b. Impresión de graficas de respuestas para las variables solicitadas ( 7 puntos)
Observaciones:
- Se aprecia que todos los lazos llegan al valor deseado (SP).
- Para el lazo de control de temperatura del producto final (reactor), el control permite alcanzar los 85ºC con un tiempo de estabilización inferior a 460
segundos.
- Para el lazo de control de temperatura del producto B, se alcanza el SP d 37ºC con un timpo de estabilización inferior a 50 seg.
- El control de flujo C sigue perfectamente el SP con variaciones dentro del rango de 0,1 a 10 lts/min.
Conclusión final: se cumplen con todos los requerimientos mandantes.
c. Impresión de resultados “display “para cada actuador, cada entrada, cada salida, todas plenamente identificadas ( 7 puntos)
d. Tabla de valores finales de la simulación para la situación siguiente: Se requiere una Producción de 5 Lts/min, Razón producto B de un 25% del
producto A, Ta= 28 , Tb= 37 ; Tfp=82ºC ( 7 puntos )
Ha
80cm
%valv A
50%
Qa
Qb
%valv B
64 lt/min 16 lt/min 16%
Hreactor
70%
%valv
vapor
44,26%
%Vdf
50%
%valv.Tb
30,83%
Qt al
reactor
70 lt/min