¡Descarga Simulación y Control de un Evaporador: Análisis Dinámico con Simulink y Matlab y más Exámenes en PDF de Control de Procesos solo en Docsity!
Juliana Maria Nieto Rodriguez
Parcial control Se realiza la simulación de un evaporador con las siguientes condiciones
- CC: - rho Densidad lb/ft³ 68. Nombre Descripción Unidad Valor - cp Capacidad calorífica líquido Btu/lb·°F 0. - v Volumen tanque ft³ - U Coef. transf. calor (U) Btu/min·ft²·°F 2. - P Presión vapor psia
- lambda Calor latente Btu/lb - A Área transferencia ft² 241.
- CM Capacidad calorífica metal Btu/°F 265. - l Longitud serpentín ft - di Diámetro interno pulg - de Diámetro externo pulg 4. - m Peso tubería lb/ft 10.
- cps Cp acero Btu/lb·°F 0.
Para determinar las condiciones de diseño se usa la siguiente ecuación
𝑛
𝑛
Donde CC=
Por lo cual las condiciones de diseño son
3
𝑖
Teniendo estos datos y estableciendo estado estacionario en las ecuaciones del problema se tiene
𝑝
𝑝
𝑖
[
𝑠
)]
𝑝
𝑠
Considerando esto se calculan las condiciones
𝑠
𝑝
[𝑇(𝑡) − 𝑇
𝑖
(𝑡)]
𝑠
𝜆 − 𝑈𝐴[𝑇
𝑠
]
[
𝑠
)]
Punto 1
Para simular el proceso en estado dinámico se usa Simulink y Matlab, primero se hacer un
código para la función que será usada en el esquema de control
function dydt = evaporador_ODE(y)
%parametros
rho = 68; %Densidad lb/ft
cp = 0.80; %Capacidad calorifica Btu/lb °F
v = 120; %Volumen ft
U = 2.1; %coeficiente transf calor
Grafica 1 Respuesta al escalón de flujo
Punto 2
Se plantea una estructura de control para el sistema donde dependiendo el flujo de la columna se
regula el vapor que entra por el serpentín para enfriarlo o calentarlo
Ilustración 2 Estructura de control para el evaporador
Punto 3
Ilustración 3 Modelo para proceso linealizado
Se halla la ganancia con la gráfica del estado estable
Se halla la temperatura a la que llega en el 63,2% del proceso y con ella se halla el tao
Con estos datos se obtiene la función de transferencia de primer orden
Grafica 2 Proceso linealizado
Ilustración 5 Modelo para controlar el proceso
Ilustración 6 Oscilaciones respuesta al controlador
Basándome en la gráfica obtengo que la ganancia ultima Ku = 4.03 a partir del controlador
Y el periodo ultimo pu= 20,979 - 8.916= 12.063, observando la diferencia de tiempo entre
ambos picos
Punto 5
Para lazo abierto se usa el proporcional con la ganancia (k) de la función de transferencia
Ilustración 7 Controlador para lazo abierto
Para lazo cerrado se usa Ziegler-Nichols, usando las siguientes ecuaciones
Ilustración 8 Condiciones para el controlador
Ilustración 11 Condiciones para controlador PI
Ilustración 12 Respuesta a controlador PI
En base a los resultados se considera que el PID es más robusto ya que se generan menos
oscilaciones además de minimizar el ITAE y el ISE, controla más rápidamente los errores y
ayuda a prevenir sobrepaso gracias al derivativo
Por tanto, con base en estos indicadores, el PID es la mejor opción de sintonización para este
sistema, asegurando una respuesta más eficiente, estable y menos afectada por errores
prolongados.
Punto 7
Cuando se controla la temperatura mediante el flujo (como el de vapor o refrigerante), es común
que el actuador en una válvula alcance sus límites físicos, generando saturación. En estas
condiciones, el controlador PI o PID puede acumular exceso de acción integral, lo que produce
sobrepaso, oscilaciones y una recuperación lenta. Para evitar esto, se requiere usar un
antiwindup , que limita o corrige la acción del integrador cuando la salida está saturada, y asi
mejorar la estabilidad del sistema y asegurar una respuesta más rápida y controlada frente a
perturbaciones.
