INTRODUCCIÓN: PROBLEMAS DE IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES SIGNIFICATIVAS, DIAGRAMAS DE BLOQUES Y NOTACIÓN ISA

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1 INTRODUCCIÓN: PROBLEMAS DE IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES SIGNIFICATIVAS, DIAGRAMAS DE BLOQUES Y NOTACIÓN ISA

2 1) Examen Septiembre Sea el tanque con agitador representado en la figura: Fluido frío FT TT LC LT hr vapor PT Fluido caliente TT Temperatura a controlar El objetivo es controlar la temperatura del fluido 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 fluido frío y de su temperatura. El nivel de líquido en el tanque está regulado por un controlador de nivel de función de transferencia G c (s). Mediante una serie de experiencias llevadas a cabo en el entorno de las condiciones nominales de operación, se han obtenido las funciones de transferencia que se presentan a continuación (constantes de tiempo y tiempos muertos en segundos). Temperatura del tanque (ºC) / Presión del vapor (atm): 20s 9 e G s Temperatura del tanque (ºC) / Caudal fluido frío (l/s): 3s 20 e G s Temperatura del tanque (ºC) /Temperatura fluido frío (ºC): Datos relativos a la instrumentación: 20s e G s válvula isoporcentual cerrada a fallo (FC) de función de transferencia: s 0,1e atm Gv 1 + 3s ma rango del transmisor de temperatura: ºC Identificar las variables significativas Dibujar el diagrama de bloques en bucle abierto Dibujar el bucle de control de temperatura en notación ISA simplificada Control e Instrumentación de Procesos Químicos. Curso

3 2) Sea el proceso de la figura, en el que se introduce un caudal de líquido q a una temperatura Ti en un tanque perfectamente agitado. Dicho líquido se mezcla con otro cuyo caudal es manipulable mediante una válvula automática que recibe una señal u. Este líquido entra a una temperatura Tu sensiblemente mas elevada y se emplea para calentar la mezcla. La mezcla de líquido sale del tanque por rebose a una temperatura T. La temperatura Ti sufre variaciones impuestas aguas arriba. Sin embargo, el caudal q y la temperatura Tu se mantienen sensiblemente constantes. T u cte u T q, T i a) Identificar las variables significativas (manipuladas, controladas y de perturbación) b) Dibujar el diagrama de bloques en bucle abierto c) Dibujar el plano de control en notación ISA simplificada 3) Para regular la presión de un sistema de almacenamiento de un cierto gas se manipula la línea de salida, como refleja la Figura 1. gas presión El punto de operación del sistema corresponde a una presión de 3 bar en el depósito de almacenamiento, con una señal a la válvula del 30 %. La Figura 2 representa la desviación respecto al punto de operación que presenta la respuesta del sistema en bucle abierto, ante un cambio en la señal a la válvula del 30% al 35%, donde el tiempo aparece en segundos y la presión en bar. Además, la presión en el interior del tanque es muy sensible a cambios en la temperatura del producto de entrada. La medida de la presión se obtiene mediante un sensor-transmisor calibrado en el rango 1-5 bar. Nota: Toda la instrumentación es electrónica en el rango 4-20 ma. Control e Instrumentación de Procesos Químicos. Curso

4 Identificar las variables de proceso significativas Dibujar el diagrama de bloques del sistema en bucle abierto Dibujar el plano de control en notación ISA % alcance sensor P Hallar la ganancia estática del proceso Kp en K p % señal válvula 4) Examen Febrero Sea un proceso al que entra una corriente manipulable A y otra no manipulable B. La corriente A se regula por medio de un sistema de control de caudal tal como se aprecia en la Figura 1. Suponiendo el sistema trabajando en el punto de operación, se incrementa en 2 l/min la consigna al regulador de caudal de A, FAref, y como consecuencia la densidad del producto de salida varía según la gráfica representada en la Figura 2. La densidad se mide con un transmisor calibrado en el rango Kg/l para dar una señal de 4 20 ma y el transmisor de caudal de A está calibrado en el rango 0-20 l/min. F Aref FT FC A Proceso ρ figura 1 B Control e Instrumentación de Procesos Químicos. Curso

5 figura 2 Proponer una sistema de control realimentado basado en modificar la referencia de caudal de la corriente A y dibuja el plano de control en notación ISA simplificada Identificar las variables de proceso significativas Dibujar el diagrama de bloques del sistema en bucle abierto % alcance sensor D Hallar la ganancia estática del proceso Kp en K p % alcancesensor F 5) Para estudiar las ventajas de la utilización de un control en cascada se analiza el sistema compuesto por una caldera para producir agua caliente que utiliza gas como combustible. La temperatura de salida del agua se controla manipulando el caudal de combustible que se alimenta al quemador (o la presión del mismo justo antes del quemador), lo que se consigue abriendo o cerrando de forma apropiada la válvula V1, tal y como se muestra en la figura. agua T gas P 1 V 1 P 2 Caldera de agua caliente a gas La presión del suministro del combustible puede variar por varias razones, como por ejemplo, cambios en la demanda de gas de otros consumidores que se alimentan del mismo colector. Esta variación de la presión hace que cambie el caudal de gas sin que lo haya hecho la posición de la válvula. Es decir, para una determinada posición de la válvula V1, una variación en la presión de suministro del combustible (antes de la válvula) produce un aporte distinto de Control e Instrumentación de Procesos Químicos. Curso

6 combustible al quemador y, al cabo del tiempo, una variación en la temperatura del agua de salida. La función de transferencia entre la señal de control a la válvula V1 y la presión P2 es la correspondiente a un sistema de primer orden con una constante de tiempo de 2 segundos, una ganancia estática de 0,5 y un tiempo muerto de 1 segundo. La función de transferencia de la caldera (desde P2 a T) puede ser aproximada por la de un sistema de primer orden con un tiempo muerto de 10 segundos, una constante de tiempo de 15 segundos y una ganancia estática unidad. a) Identificar las variables significativas b) Dibujar el diagrama de bloques del sistema en bucle abierto, siendo las entradas la entrada de control a la válvula y la perturbación D a la salida de la válvula. c) Dibujar el plano de control en notación ISA simplificada correspondiente a l bucle simple de regulación de temperatura 6) Examen Junio La figura muestra como se controla la conversión en un reactor actuando sobre el caudal de fluido caliente que precalienta la alimentación: C A TT AC C A r F E,C Ae,T e T 1 La temperatura con la que entra la alimentación en el reactor tiene un efecto considerable sobre la conversión. Se sabe que la línea de suministro de fluido calefactor sufre perturbaciones que producen bruscas variaciones en el caudal de suministro (Fc). Así mismo, la temperatura y el caudal de alimentación pueden variar respecto al punto de operación. a) Identificar las variables significativas y dibujar el diagrama de bloques en bucle abierto. b) Dibujar el plano de control en notación ISA simplificada del bucle de realimentación simple. Control e Instrumentación de Procesos Químicos. Curso

7 7) Examen Febrero Sea el proceso de la figura que se utiliza para disolver un cierto caudal volumétrico F (litros/minuto) de una corriente de entrada, cuya densidad se puede suponer constante y de valor ρ i 2 Kg/litro, hasta una densidad ρ. Para ello, se utiliza un caudal volumétrico de agua q. El caudal F puede experimentar variaciones impuestas por otro proceso. El producto sale del depósito, que tiene forma cónica y un volumen V50 litros, por rebose. El caudal q puede manipularse por medio de una válvula de regulación automática a la que llega una señal estándar eléctrica en el rango 4-20 ma. ρ u F, ρ i q Identifique las variables significativas, dibujando el diagrama de bloques del sistema bucle abierto. Dibujar el plano de control en notación ISA simplificada del bucle de realimentación simple. 8) Examen Septiembre Sea un proceso como el representado en la figura 1. Representa un proceso de mezclado de dos productos líquidos A y B cuyos caudales son manipulables mediante dos sistemas de dosificación distintos (dosificador A y dosificador B). La mezcla sale por rebose. U A Señal a dosificador A DOSIFICADOR A DOSIFICADOR B F A F B (l/min) MEZCLA ρ (gr/cm 3 ) U B Señal a dosificador B a) Identifique las variables significativas del proceso y calcule las funciones de transferencia correspondientes, dibujando el diagrama de bloques del sistema. Control e Instrumentación de Procesos Químicos. Curso