Diseño de un Sistema de Control para un intercambiador de calor de doble tubo

1.                  Formular el objetivo de Control:

·         Es necesario establecer que variable se desea controlar: Temperatura de salida del tubo del intercambiador de calor, T₂.

Figura 1. Esquema del objetivo de Control.

2.                  Sugerir una estrategia de Control:

La variable objetivo (T₂) se controlará a través del caudal de vapor que circula a través del casco del intercambiador, se realizará a través de una retroalimentación negativa.

·         Variable medible: Temperatura de salida del tubo.

·         Variable manipulada: Flujo de Vapor.

3.                  Equipamiento del sistema de control

El sistema consta de un sensor/transmisor de temperatura, válvula de control, controlador por retroalimentación.

·         Sensor/transmisor: No considerar un comportamiento dinámico, la señal de salida varía linealmente de 4 a 20 mA cuando la temperatura T₂ varía de 120 a 160 °F.

·         Válvula de Control: Es una válvula de apertura rápida, cuyo comportamiento se manifiesta de acuerdo a la siguiente relación:

Ws=0.6*sqrt(p-4)

·         Considerar p=12 mA a condiciones nominales de operación y un tiempo de retraso, tv=5 s.

4.                  Diseñar un diagrama de bloques del sistema:

5.                  Realizar el modelado matemático del proceso:

Figura 2. Intercambiador de Calor.

·         Parámetros distribuidos –> Parámetros concentrados:

                                                                                                    

6.                  Obtener las funciones de transferencia de cada elemento:

·         Proceso:

·        Perturbaciones:

·        Válvulas:

De la ecuación (1):

·        Sensor/Transmisor: Como la respuesta es lineal dentro del intervalo, consideramos que este dispositivo aporta una ganancia al sistema descrita por Km:

7.                  Diseñar el sistema de control en Simulink.

Figura 3. Sistema de Control en Simulink.

8.                  Observar la respuesta en escalón del proceso.

Figura 4. Respuesta escalón del sistema de control en Simulink.

9.                  Sintonizar.

·         Probando la estabilidad del sistema:

Figura 5. Simplificando el Sistema de control

Figura 6. Función de Transferencia equivalente

Figura 7. Estabilidad según Routh-Hurwitz.

Figura 8. Respuesta sintonizada del sistema de control en Simulink.

10.              Simular el proceso para un cambio del Set Point.

Figura 9. Respuesta del sistema a un cambio del Set Point.

Figura 10. Sistema de control final del Intercambiador en Simulink



Elaborado por el autor