Tema 5: METODOLOGÍA. ! Objetivo: Seleccionar la estrategia de emparejamiento CV-MV para

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1 1/19 Tema 5: METODOLOGÍA! Objetivo: Seleccionar la estrategia de emparejamiento CV-MV para! Control de Variable! Op.Básica/Reactor! Proceso! Condicionantes: grados de libertad para control! De un equipo! De un proceso! Sistemática: Metodología de análisis de estrategias de control

2 Grados de libertad Grados de libertad de un sistema: 2/19 Grados de libertad= Número de variables Número de ecuaciones Cuáles son los grados de libertad de este tanque agitado? Depósito con una corriente de entrada con 2 componentes.

3 Grados de libertad de una unidad 3/19 Los grados de libertad para control están relacionados con las variables que se pueden manipular. El resto de grados de libertad hasta completar los grados de libertad del sistema son perturbaciones. Grados de libertad para control = n ip +n out + H - A n ip = número de corrientes de proceso de entrada! n out = número de corrientes de proceso de salida! H = 1 si hay intercambio de energía de la unidad con el exterior H = 0 si no hay intercambio de energía de la unidad con el exterior A u = Número de inventarios de la unidad que NO se contabilizan.

4 4/19 Depósito con una corriente de entrada con 2 componentes. Grados de libertad? n ip = 1! n out = 1! H = 0 A = 0 (si se quiere controlar el nivel) Grados de libertad = = 2 n ip = 1! n out = 1! H = 0 A = 1 (si no se quiere/puede controlar el nivel) Grados de libertad = = 1

5 5/19 Grados de libertad? (si se quiere controlar el nivel) FIn Ingeniería de Procesos y Plantas Químicas FOut Depósito calefactado con una corriente de entrada con 2 componentes.

6 6/19 Grados de libertad? Cambiador carcasa-tubo Mediante vapor. Fluido de proceso por los tubos.

7 7/19 Grados de libertad? Cambiador carcasa-tubo Ambas corrientes son de proceso No interesa la acumulación en carcasa.

8 Grados de libertad de un proceso 8/19 Cuál es la fórmula? Grados de libertad = n ip + unidades (n out,unidad +H unidad -A unidad )

9 9/19 Grados de libertad? Cambiador carcasa-tubo Ambas corrientes son de proceso No interesa la acumulación en carcasa.

10 10/19 Grados de libertad? Ingeniería de Procesos y Plantas Químicas Flash Reactor C ambiador

11 11/19 Grados de libertad? Ingeniería de Procesos y Plantas Químicas Reactor C ambiador

12 Metodología de análisis de estrategias de control 12/19 Paso 1. Establecimiento del número de grados de libertad para el control Paso 2. Identificación de las variables controladas y manipuladas, restricciones y perturbaciones Paso 3. Preasignación de estrategias Paso 4. Análisis de las ganancias en condiciones estacionarias Paso 5. Análisis de sensibilidad o robustez Paso 6. Análisis de interacciones Paso 7. Estudio del comportamiento dinámico del sistema

13 Paso 2. Identificación de las variables controladas y manipuladas, restricciones y perturbaciones 13/19 Variables controladas qué variables afectan a la seguridad y estabilidad de funcionamiento, a la calidad de los productos generados y la rentabilidad de la operación Variables manipuladas Las corrientes susceptibles de colocar una válvula de control en ellas. Alguna más? Restricciones No interesa su valor exacto sino que no sobrepase algún límite. Pérdida de carga, presiones y temperaturas,... Variables de perturbación Condiciones de entrada, factores externos,...

14 Paso 3. Preasignación de estrategias 14/19 en razón a la experiencia en un caso concreto idéntico o por la obviedad de la relación entre ellas. tienen que ser muy claras Paso 4. Análisis de las ganancias en condiciones estacionarias relación existente entre las distintas parejas de VC s y VM s De la ganancia entre variables interesa conocer: El signo de la misma La magnitud La variabilidad

15 15/19 Paso 4. Análisis de las ganancias en condiciones estacionarias (1) (2) ΔCV 1 (3) '(6) (+) CV 1 (4) ΔCV1 = 0 (5) ΔCV 1 (-) Retraso ΔMV 1 MV 1 Figura 5. 2 Tiempo Análisis de la ganancia

16 16/19 Paso 4. Análisis de las ganancias en condiciones estacionarias CV Ganancia MV 1 Figura 5. 3 Variación de la ganancia con el rango

17 Paso 5. Análisis de sensibilidad o robustez 17/19 análisis de su robustez, es decir su estabilidad frente a las posibles perturbaciones de cada estrategia. este análisis frecuentemente se lleva a cabo por medios de representaciones gráficas en las que se muestra como parámetro los distintos posibles valores de cada variable que puede perturbar la ganancia de la pareja de variables considerada.

18 Paso 6. Análisis de interacciones 18/19 al determinar las ganancias estacionarias se ha considerado que el resto de los lazos al margen del analizado en cada momento (que está abierto) estarían cerrados y perfectamente controlados. esto significa que no se han tenido en cuenta posibles interacciones entre lazos. VM 1 VC 1 PROCESO VM 2 VC 2 VM 1 VC 1 PROCESO SP Controlador VC 2 VM 2 k 11 = ΔCV1 ΔMV k ' 11 1 MV 2 λ ΔCV1 = ΔMV 1 11 CV = 2 k k 11 ' 11 Λ = λ 11 λ 21 λ 12 λ 22 λij = 1 No hay interacción ij= 0 La variable manipulada no afecta a la controlada ij= 0.5 Alta interacción ij< 0 Indicación de inestabilidad

19 Paso 7. Estudio del comportamiento dinámico del sistema 19/19 La importancia de este paso radica en que los transitorios de los lazos escogidos pueden ser no aceptables en algunos casos y por tanto pudiera hacerse necesario cambiar la estrategia inicialmente seleccionada 1 - Desarrollo del modelo dinámico 2 - Asignación de los lazos de control y ajuste de los mismos. 3 - Comprobación del comportamiento ante perturbaciones. 4 - Comprobación del comportamiento ante cambios de punto de consigna. 5 - Comprobación del comportamiento con algunos lazos en manual. Procedimiento para el desarrollo del análisis dinámico