control flujo

CONTROL DE FLUJO, NIVEL CONTROL DE FLUJO, NIVEL Y TEMPERATURAY TEMPERATURA

Ing. Ever Ingaruca Alvarez

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CONTROL DEL FLUJOCONTROL DEL FLUJO

Control de flujo

Bomba, válvula : Dimensionamiento, posicionamiento

Caudalímetro : Tipo, rango

Orden : Bomba, caudalímetro, válvula

Qf

FCwu

Bomba centrífuga

Caudalímetro Válvula

Ing. Ever Ingaruca Alvarez, FIQ, UNCP

Dimensionamiento

Desde el punto de vista del diseño deben escogerse válvulas grandes, pues tienen menores pérdidas de carga y permite el uso de bombas mas pequeñas.Sin embargo, válvulas mas pequeñas permiten mayores cambios de caudal y hacen el proceso mas controlable.

Q

pv

f

p0

pb

u


Ejemplo

Flujo en condiciones de diseño Q = 100 gpm, pérdidas en la línea de diseño pL = 40 psi, presión entre extremos de diseño = -150 psi, densidad = 1, apertura deseada = 50%

Caso 1: pv = 20 psi Caso 2: pv = 80 psi

Q

pv

f

p0

pb

uLvb0 pppp

Presión mayor al final de la línea


Caso 1: pv = 20 psi Caso 2: pv = 80 psi pb = 150+40+20= 210 pb = 150+40+80= 270

36.22 72.44

805.0100 205.0100

)(Q

21

21

vv

vv

vv

CC

CC

pClf

Q

pv

f

p0

pb

u

Lvb0 pppp


Ejemplo

FuncionamientoSuponiendo que pb es constante

Caso 1: f(l) = 1 , f(l) = 0.1 Caso 2: f(l) = 1, f(l) = 0.1

gpmQ

QC

QCQ

gpmQ

QC

QCQ

pppp

pClfpppp

vv

vv

bb

vvLbv

2.24Q gpm3.33

100

401201.0Q 100

40601.0

141Q 115gpm

100

401201Q 100

40601

120150270 60150210

)(Q

min21min

2

2min22min

2

1min11min

max21max

2

2max22max

2

1max11max

00

0

La válvula mas pequeña tiene mas rango de variación de Q


Diseño

1

2

min0minmin

2

max0max

sLsbv

sLsbv

QQ

pppCfQ

QQ

pppCQ

Dimensionar bomba (pb) y válvula Cv en función de los caudales máximo y mínimo requeridos y los caudales Qs y perdidas de carga p0, pLs de diseño, resolviendo:


Diseño

1f

si min

maxmin QQ

solucionExiste

En caso contrario usar una estructura de rango partido

Q


])1

([

)( Q 1

)(

2222

20

22222

20

1

1

ghQALf

Cfp

LA

tdQd

QpAvALmQCf

p

gAhvLAfpAppAtdmvd

v

bv

v

vb

Control de flujo

Q

pv

f h

p0

pb

u


Modelo linealizado

fKpKQtd

Qd

fQCf

p

QALf

Cf

QtdQd

QALf

CfLA

fQCf

QQALf

Cf

p

LA

tdQd

ghQA

Lf

Cf

p

L

A

td

Qd

v

v

v

vv

v

201

0

2230

0

222

0

222

0

223

0

2220

2222

20

)(

]2

)([

2)1

(

1

2)1

(

1

]2

2)1

()(

[

])1

([

1

1

1

1


Cambios del punto de operación

02

2222

2

0

222

201

)1(

2)1

(

1

)(

11

ACLff

Cff

QK

QALf

CfLA

fKpKQtdQd

vv

v

Q

t

crece en puntos de operación con apertura alta K2 decrece en puntos de operación con apertura alta


Modelo linealizado linealizado

K2 decrece en puntos de operación con apertura alta

Una válvula isoporcentual compensa el cambio de ganancia

f

u 100 %

1

0

0 %uKf

tdfd

vv

La dinámica de la válvula no debe despreciarse, la aproximaremos por:

Qf

u


Diagrama de bloques

u

%

+-

W

1s

K

1s

K 2

v

v

Q

1s

K1

P0

+ sT

1sTK

i

ip

Kp Ing /%

Se desprecia la dinámica del transmisor

Escoger su rango de acuerdo al rango de caudal máximo admisible


Instalación

Las válvulas manuales permiten la sustitución de la válvula de regulación para mantenimiento sin interrumpir el funcionamiento del proceso

Q

Q

A A

A

C

C C


Control de flujo

PI Sistema ruidoso y rápido

Kp baja para eliminar el efecto del ruido (0.6 %/%)

i baja para eliminar error estacionario pronto (0.1 min)

Qf

FCwu


Para caudales altos, una alternativa económica al uso de válvulas de regulación es el empleo de bombas de velocidad variable. Se requiere un variador de velocidad acoplado al motor de la bomba.

Q

FCwu

M


Control de flujo

FT

FC

Vapor

Condensado

Ebullidor

Columna


Control de flujo

CONTROL DE NIVELCONTROL DE NIVEL

Control de nivel

q

LC

w

u

LT

qi

h

Selección del tipo de transmisor


q

LC

w

uLT

qi

h

ffat

ii

i

phgppghpp

fKpKqtd

qd

qqtdhd

Aqqtdhd

A

Ahmqqtd

md

)(

)(

00

201

uKftdfd

vv


Control de nivel

Diagrama de bloques

u

%

+-

W

1s

K

1s

K 2

v

v

Q

1s

K1

-Pf

+

Kp Ing /%

R(s)+

+

As

1H

gQi

-


Diagrama de bloques

u

%

W

1s

K

1s

K 2

v

v

1s

K1

Pf

+

Kp Ing /%

R(s)+

12 gKAssA

1s

H

Qi

-+-


Control de nivel

q

LC

w

uLT

qi

h

fKqtdqd

Ksi

fKpKqtdqd

qqtdhd

Aqqtdhd

A

Ahmqqtd

md

ii

i

21

201

:pequeñomuy es

)(

uKftdfd

vv


Diagrama de bloques

u

%

+-

W

1s

K

1s

K 2

v

v

Q

Kp Ing /%

R(s)+

As

1H

Qi

-

En la practica se comporta como un sistema con un integrador


Tight /average control

El nivel debe mantenerse de forma precisa: PI con sintonia “activa”

Absorber perturbaciones en qi + reserva: P con sintonia “suave”

LC

w

uLT

h

LC

w

uLTqi

h

qi

Depósito de almacenamiento (Surge tank)


Control promedio

q

LC

w

uLT

qi

h

Suavizar perturbaciones.

Control P con baja Kp: Nivel oscila con error estacionario, pero q varia suavemente

u = Kpe + bias

Si w = 50%, Kp= 1 y bias = 50% u = 100 si h = 100%, u = 0 si h = 0


Unidades en serie

LC

w

uLT

h

qi

LC

w

uLT

h

Lazos de nivel en el mismo sentido


Varias corrientes

Selección del tipo de transmisor

q

LC

w

u

LT

qi

h

Cuando sea posible debe escogerse para el control la mayor de las corrientes


CONTROL DE PRESIÓNCONTROL DE PRESIÓN

Control de presión

PCPT

Fi

F

u

f

w

Variedad de dinámicas y objetivos

Sistema rápido

PI con sintonía “activa”


Control de presión

fKFKptdpd

ffp

ppF

pfC

ppp

tdpd

pRTfC

ppVM

ppp

pfCfppCF

tdpd

RTVM

ppfCFtdpd

RTVM

RTVm

ppfCFFFtdmd

i

fi

v

f

v

f

f

vfvi

fvi

fvii

21

0

22

0

22

0

22

0

220

22

0

22

22

isotermo que tanM

p

Fi

Fa

p

pf

uKatd

advv

Válvula:


Diagrama de bloques

u

%

W

1s

K

1s

K 2

v

v

P

1s

K1

Fi

sT

1sTK

i

ip

Kp Ing /%

+-+-


Control de presión

PT PC

Vapor

Condensado

Agua de refrigeración

w

Columna

Condensador

Sistema lento, PI / PID


Control de presión

PT PC

Vapor

Condensado

Agua de refrigeraciónw

Columna

Condensador

Sistema lento, PI / PID


CONTROL DE TEMPERATURACONTROL DE TEMPERATURA

Control de temperatura

TT

uTC

w

q T

Muchas arquitecturas / procesos

Proceso lento PID

La dinámica del transmisor debe considerarse Posibles retardos por la colocación del transmisor



TT

u TC

w

q T

De esta forma se varia el flujo del producto



TT

u TCw

q T

By-pass al productoNo se altera el flujo de productoDinámica rápida, baja controlabilidad



Las válvulas trabajan en oposición

Una aire-abre, otra aire-cierra u100 %

100 %

BA

TT

uTC

w

q T

B

A



Válvula de tres vias

Mezcladora a la salida, o

Separadora a la entrada

TT

uTC

w

q T



TT

uTC

w

q T

By-pass al fluido calefactorDinámica mas lenta

Configuraciones con dos válvulas, o una de tres vías



Vapor

Condensado

TT

TC


control flujo

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