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modelacion de procesos, Diapositivas de Dinámica de Procesos y Control

modelacion de procesos quimicos dinamicos

Tipo: Diapositivas

2019/2020

Subido el 22/03/2020

veromiranda
veromiranda 🇨🇱

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Prop´
osito
Introducci´
on
Modelaci´
on de procesos
Ejemplos
Key points
IQ57A: Din´
amica y control de procesos
Cap´
ıtulo 2: Modelaci ´
on de procesos
J. Cristian Salgado - [email protected]
Departamento de Ingenier´
ıa Qu´
ımica y Biotecnolog´
ıa, Universidad de Chile
August 11, 2008
J. Cristian Salgado - [email protected] IQ57A - Cap´ıtulo 2: Modelaci ´
on de procesos
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¡Descarga modelacion de procesos y más Diapositivas en PDF de Dinámica de Procesos y Control solo en Docsity!

Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

IQ57A: Din ´amica y control de procesos

Cap´ıtulo 2: Modelaci ´on de procesos

J. Cristian Salgado - [email protected]

Departamento de Ingenier´ıa Qu´ımica y Biotecnolog´ıa, Universidad de Chile

August 11, 2008

Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Objetivos

Al final de esta clase usted ser ´a capaz de

Comprender la importancia y el alcance de la modelaci ´on matem ´atica de

procesos.

Identificar variables de estado y obtener ecuaciones de estado de

procesos simples.

Calcular grados de libertad para un sistema.

Conocer el efecto de un controlador en los grados de libertad de un

sistema

Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Relaci ´on entre entradas y salidas Modelo matem ´atico del sistema Modelo del sistema y el sistema de control Reality check

Modelo matem ´atico del sistema

Las entradas y salidas de un proceso pueden ser relacionadas mediante un

modelo matem ´atico:

Modelo emp´ırico

Intensiva en el uso de recursos

materiales y tiempo.

No generalizable f ´acilmente.

Modelo te ´orico

Requiere un conocimiento

profundo del sistema.

Puede alejarse f ´acilmente de la

realidad.

Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Relaci ´on entre entradas y salidas Modelo matem ´atico del sistema Modelo del sistema y el sistema de control Reality check

Modelo del sistema y el sistema de control

Un modelo matem ´atico del sistema es necesario para dise ˜nar la mayor´ıa

de los sistemas de control.

La calidad del modelo requerido depender ´a del esquema de control.

Entradasmanipulables Proceso

Salidas no medibles

Salidas medibles

Perturbaciones

Medibles No medibles

Controlador SetPoint

Entradasmanipulables Proceso

Salidas no medibles

Salidas medibles

Perturbaciones

Controlador Medibles^ No medibles

SetPoint

Entradasmanipulables Proceso

Salidas no medibles

Salidas medibles

Perturbaciones Medibles No medibles

SetPoint Controlador Estimador

Esquema Feedback Esquema Feedforward Esquema Inferencial

Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Descripci ´on de un sistema Ingenier´ıa de procesos Principio de conservaci ´on Grados de libertad

Descripci ´on de un sistema

Un sistema puede ser descrito mediante:

Un set de variables que describen el estado del sistema.

Un conjunto de ecuaciones que determinan como cambia el estado del

sistema en funci ´on del tiempo.

Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Descripci ´on de un sistema Ingenier´ıa de procesos Principio de conservaci ´on Grados de libertad

Ingenier´ıa de procesos: procesos qu´ımicos/biol ´ogicos

Magnitudes fundamentales

Energ´ıa

Masa

Cantidad de movimiento

Variables de estado

Densidad

Concentraci ´on

Temperatura

Presi ´on

Flujo

Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Descripci ´on de un sistema Ingenier´ıa de procesos Principio de conservaci ´on Grados de libertad

Grados de libertad

Definici ´on

N ´umero de variables que deben ser especificadas de manera de obtener un sistema

determinado

T Fi i

Calefactor T Fo

T V

q

Considere el reactor CSTR donde se calienta

la entrada desde Ti hasta T

¿Cu ´ales son los grados de libertad del

sistema?

¿Qu ´e efecto tiene el lazo de control

sobre los grados de libertad del sistema?

Prop ´osito Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Ejemplo 1: Estanques en serie Ejemplo 2: Estanques en serie Ejemplo 3: Intercambiador de calor Ejemplo 4: Estanques en serie con calefactores Ejemplo 5: Estanques en serie con calefactores Ejemplo 6: Lecho empacado

Ejemplo 1: Estanques en serie

Obtenga el modelo matem ´atico del siguiente sistema. Se ˜nale grados de

libertad, variables y ecuaciones de estado.

F 1

F 2

h , A 1

F 3

h , A 2

F 4 h , A 3

Suponga F 2 y F 3 proporcionales

a la presi ´on hidrost ´atica y que

F 4 est ´a definida por la bomba.

Prop ´osito Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Ejemplo 1: Estanques en serie Ejemplo 2: Estanques en serie Ejemplo 3: Intercambiador de calor Ejemplo 4: Estanques en serie con calefactores Ejemplo 5: Estanques en serie con calefactores Ejemplo 6: Lecho empacado

Ejemplo 3: Intercambiador de calor

Obtenga el modelo din ´amico del siguiente intercambiador de calor.

T , v 1 T , v 2

Vapor, TS

Vapor, TS

Vapor, TS

Vapor, TS

z

A, D

q

Dz

Tz Tz+ Dz

q =UDz D pz D(T-T )S

Prop ´osito Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Ejemplo 1: Estanques en serie Ejemplo 2: Estanques en serie Ejemplo 3: Intercambiador de calor Ejemplo 4: Estanques en serie con calefactores Ejemplo 5: Estanques en serie con calefactores Ejemplo 6: Lecho empacado

Ejemplo 4: Estanques en serie con calefactores

Obtenga el modelo din ´amico, grados de libertad, variables y ecuaciones de

estado.

T Fi i

T 1 F 1

Calefactor

h A 1

q 1

T 2 F 2

Calefactor

h A 2

q 2

Supuestos

F 1 y F 2 proporcionales a la

presi ´on hidrost ´atica.

Prop ´osito Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Ejemplo 1: Estanques en serie Ejemplo 2: Estanques en serie Ejemplo 3: Intercambiador de calor Ejemplo 4: Estanques en serie con calefactores Ejemplo 5: Estanques en serie con calefactores Ejemplo 6: Lecho empacado

Ejemplo 6: Lecho empacado

Obtenga el modelo din ´amico del siguiente lecho empacado utilizado para

absorber el componente A desde el fluido gaseoso al l´ıquido.

L, X G, Y^ Supuestos

Flujo pist ´on

Tasa de transf. de masa es controlada por la resistencia del gas

H y h permanecen constantes

Isot ´ermico

G: Flujo de gas moles/m^2 /hr

L: Flujo de l´ıquido moles/m^2 /hr

Y: [A] en el gas - moles de A/moles de gas

X: [A] en el l´ıquido - moles de A/moles de l´ıquido

H: Moles de l´ıquido en el empaque/volumen columna

H: Moles de gas en el empaque / volumen columna

kG : Coef. de transferencia de masa moles/gr/ ´area transf.

a: ´Area de transferencia - de masa / volumen columna

Introducci ´on Modelaci ´on de procesos Ejemplos Key points

Key points Preguntas

Key Points

La modelaci ´on matem ´atica de procesos es posible utilizando principios

fundamentales de la ingenier´ıa de procesos como el principio de

conservaci ´on.

Estos modelos nos permiten analizar el comportamiento din ´amico de los

sistemas.

Los modelos matem ´aticos son fundamentales para el dise ˜no de sistemas

de control.

Los grados de libertad de un sistema son reducidos al incorporar un lazo

de control.