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CONTROL DE RELACIÓN Y CONTROLES EN CASCADA

1. PROCESO ESTUDIADO

El proceso consiste en dos tanques de mezclado de 30 y 50 ft3 de capacidad con dos corrientes de alimentación. Una corriente a 75°F y 100 psia con

92% másico de ácido acético y el resto de agua, se transporta con un flujo de 517,26 lb/h que se mezcla con una segunda corriente que contiene agua

pura y se transporta a 75°F y 100psia y 2500lb/h. Se desea que la mezcla líquida que sale por el fondo del primer tanque tenga una concentración

aproximada de 15% másico de ácido acético. Esta corriente se envía al segundo tanque de mezclado para diluirse con una corriente de agua pura a

75ºC y 80 psi con un flujo másico de 5625 lb/h. La mezcla líquida a la salida de este tanque debe estar alrededor de 5,5% másico en ácido acético para

lo cual se instala un sistema de control en cascada para mantener la concentración en el valor deseado. El tanque 1 opera a 80 psi y se controla su nivel

de líquido en un 75% de la altura del tanque. El tanque 2 opera a 60 psia y se controla su nivel de líquido en un 80% de la altura del tanque.

Se alimenta un pequeño flujo de aire de 20 lb/h en el primer tanque y 15 lb/h en el segundo tanque para efectos de controlar la presión, lo que se

realiza mediante la manipulación del flujo a través de la válvula colocada en la corriente de venteo de los tanques. Las válvulas se diseñan de la

siguiente manera (active CHECK VALVE):

Válvula P (psi) %OP

V1 20 60

V2 20 40

V3 50 50

V4 20 60

V5 20 50

V6 20 40

V7 20 45

COMPONENTES: Agua, aire y ácido acético

ECUACIONES: Fase líquida: NRTL. Fase gaseosa: Ideal

SISTEMA DE UNIDADES : Field

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2. DIAGRAMA DEL PROCESO CON LOS CONTROLADORES:

FIGURA 1. DFP con el sistema de control del proceso

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3. SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO

Instalación de corrientes:

Corriente T (ºF) P (psi) Flujo (lb/h) Xmásico

Acético 75 100 517,26 0,92

Agua_1 75 100 2500 1,00

Agua_2 75 80 5625 1,00

Aire_1 75 80 20 1,00

Aire_2 75 60 15 1,00

4. LAZOS DE CONTROL

Se controlan la concentración de ácido acético (controlador en cascada) en la corriente líquida de salida del segundo tanque manipulando el flujo de

entrada de ácido acético del primer tanque, el nivel de líquido en ambos tanques, la presión de las corrientes de venteo, el flujo de entrada de agua

al primer tanque y la relación de los flujos de entrada del segundo tanque (control de relación).

4.1. Control de Concentración de Etanol

Muchas medidas de composición se obtienen por medio de analizadores cromatográficos. Estos aparatos tienen tiempos muertos inherentes,

que afectan significativamente el desempeño de los controladores. En este ejemplo se supondrá un tiempo muerto de 3minutos en el

analizador pero en algunos casos difíciles de medir, el tiempo muerto puede ser mucho mayor. El tiempo muerto se introduce en HYSYS

mediante el bloque Función de Transferencia que se encuentra en la paleta de objetos.

4.2. Función de Transferencia

El procedimiento para instalar una función de transferencia es el mismo utilizado para la instalación de los controladores:

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4.2.1. Seleccione el bloque Función de Transferencia de la paleta de objetos y colóquelo en el diagrama de flujo del proceso

4.2.2. Despliegue la ventana de propiedades de la Función de Transferencia y en la pestaña “Connections” introduzca la variable de entrada

solamente. La variable de proceso PV es “Master Component Mass Frac (AceticAcid)” del componente etanol en el objeto corriente

“Salida_V7”. La variable de salida, OP, de este bloque se debe instalar desde el bloque controlador de concentración como su variable

de entrada:

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4.2.3. Despliegue la pestaña “Parameters” de la Función de Transferencia y en la página “Configuration” especifique los valores mínimo y

máximo de PV como 0,01 y 0,20 para la fracción másica de ácido acético. La fracción másica en el estado estacionario es de 0,06.

Especifique los valores mínimo y máximo del OP como 0% y 100%, respectivamente.

4.2.4. Para la instalación de una Función de Transferencia de Tiempo Muerto seleccione la página “Delay” de la página Parameters y a haga

clic en el cuadro de verificación dela opción “Delay” dentro de la sección “Active Transfer Functions”. En la sección “Delay Parameters”

especifique una ganancia de 1,0 y un tiempo muerto de 3 minutos.

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4.3. Controlador de Concentración de ácido acético (controlador en cascada con el controlador de flujo de ácido

acético del primer tanque):

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4.4. Control de Nivel de Líquido en el Tanque_1 y Tanque_2:

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4.5. Control de presión en las corrientes Venteo_1 y Venteo_2:

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4.6. Control de Flujo de Agua_1:

T

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4.7. Control de relación entre la corriente Salida_V4 y Agua_2:

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Corrida para una perturbación en escalón en el nivel del 2do tanque: