tema 5: metodologÍa - upm · 2017-12-22 · tema 5: metodología 18/19 paso 6. análisis de...
TRANSCRIPT
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
1/19
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
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
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.
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
3/19
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
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
4/19
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
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
5/19
FOut
FIn
Depósito calefactado con una corriente de entrada con 2 componentes.
¿Grados de libertad? (si se quiere controlar el nivel)
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
6/19
Cambiador carcasa-tubo Mediante vapor. Fluido de proceso por los tubos.
¿Grados de libertad?
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
7/19
Cambiador carcasa-tubo Ambas corrientes son de proceso No interesa la acumulación en carcasa.
¿Grados de libertad?
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
8/19 Grados de libertad de un proceso
¿Cuál es la fórmula?
Grados de libertad = nip+∑unidades(nout,unidad+Hunidad-Aunidad)
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
9/19
Cambiador carcasa-tubo Ambas corrientes son de proceso No interesa la acumulación en carcasa.
¿Grados de libertad?
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
10/19
Flash
Reactor
Cambiador
¿Grados de libertad?
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
11/19
Reactor
Cambiador
¿Grados de libertad?
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
12/19
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
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
13/19
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,...
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
14/19
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
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
15/19
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
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
16/19
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
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
17/19
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.
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
Tema 5: Metodología
18/19
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
Inge
nie
ría
de
Pro
ceso
s y
Plan
tas Q
uím
icas
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