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Tema 5: Metodología

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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

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Tema 5: Metodología

2/19 Grados de libertad

Grados de libertad= Número de variables – Número de ecuaciones

Grados de libertad de un sistema:

¿Cuáles son los grados de libertad de este tanque agitado?

Depósito con una corriente de entrada con 2 componentes.

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Tema 5: Metodología

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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 = nip+nout+ H - A

nip = número de corrientes de proceso de entrada !nout = 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 Au = Número de inventarios de la unidad que NO se contabilizan.

Grados de libertad de una unidad

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Tema 5: Metodología

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Depósito con una corriente de entrada con 2 componentes.

¿Grados de libertad?

nip = 1 !nout = 1! H = 0 A = 0 (si se quiere controlar el nivel)

Grados de libertad =1+1+0-0 = 2

nip = 1 !nout = 1! H = 0 A = 1 (si no se quiere/puede controlar el nivel)

Grados de libertad =1+1+0-1 = 1

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Tema 5: Metodología

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FOut

FIn

Depósito calefactado con una corriente de entrada con 2 componentes.

¿Grados de libertad? (si se quiere controlar el nivel)

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Tema 5: Metodología

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Cambiador carcasa-tubo Mediante vapor. Fluido de proceso por los tubos.

¿Grados de libertad?

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Cambiador carcasa-tubo Ambas corrientes son de proceso No interesa la acumulación en carcasa.

¿Grados de libertad?

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Tema 5: Metodología

8/19 Grados de libertad de un proceso

¿Cuál es la fórmula?

Grados de libertad = nip+∑unidades(nout,unidad+Hunidad-Aunidad)

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Tema 5: Metodología

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Cambiador carcasa-tubo Ambas corrientes son de proceso No interesa la acumulación en carcasa.

¿Grados de libertad?

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Flash

Reactor

Cambiador

¿Grados de libertad?

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Tema 5: Metodología

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Reactor

Cambiador

¿Grados de libertad?

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Tema 5: Metodología

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Metodología de análisis de estrategias de control

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

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Tema 5: Metodología

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Paso 2. Identificación de las variables controladas y manipuladas, restricciones y perturbaciones

qué variables afectan a la seguridad y estabilidad de funcionamiento, a la calidad de los productos generados y la rentabilidad de la operación

Variables controladas

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,...

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Tema 5: Metodología

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Paso 3. Preasignación de estrategias

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

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Tema 5: Metodología

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Paso 4. Análisis de las ganancias en condiciones estacionarias

(1)

(2) ΔCV1

(3) '(6) (+)

(4) ΔCV1 = 0

(5) ΔCV1 (-)

ΔMV1

Tiempo

MV1

CV1

Retraso

Figura 5. 2 Análisis de la ganancia

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Tema 5: Metodología

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Paso 4. Análisis de las ganancias en condiciones estacionarias

0102030405060708090100

0 20 40 60 80 100

MV1

CV1

Ganancia

Figura 5. 3 Variación de la ganancia con el rango

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Tema 5: Metodología

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Paso 5. Análisis de sensibilidad o robustez

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.

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Tema 5: Metodología

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Paso 6. Análisis de interacciones

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.

VM1

VC1

VM2

VC2

PROCESO

21

111

MVMVCVk

ΔΔ

=

VM1

VC1

SPVC2

VM2

Controlador

PROCESO

21

1'11

CVMVCVk

Δ

Δ=

'11

1111 k

k=λ

λ11 λ21

λ12 λ22Λ =

λij = 1 No hay interacción λij= 0 La variable manipulada no afecta a la controlada λij= 0.5 Alta interacción λij< 0 Indicación de inestabilidad

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Tema 5: Metodología

19/19 Paso 7. Estudio del comportamiento dinámico del sistema

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