Modelado y estrategias para el control de temperatura en un tanque de mezcla

A. M. MARTÍNEZ; M. R. ROSENBERGER

Posadas

Jornada; . III Jornadas del Departamento de Matemática. FCEQyN-UNaM; 2019

Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Misiones

Introducción:Un proceso de mezcla que involucra transferencia de calor bajo ciertas condiciones puede ser inestable, en esos casos una estrategia de control ampliamente utilizada es la realimentación negativa (Feedback), de simple implementación para volver estable un proceso. Este sistema consta de un Sensor, aplicado a la variable de salida del proceso, el cual inyecta información que es comparada con un valor de consiga y procesado por el Controlador. La señal del controlador es inyectada a un Actuador el cual modifica alguna variable de entrada apropiada y así lograr un proceso estable. La selección de las variables, Sensores, Controladores y Actuadores no son triviales. La ingeniería del control se encarga de modelar los procesos y seleccionar las variables apropiadas para lograr un buen sistema de control de procesos.El análisis se apoya fuertemente en el modelado matemático utilizando sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias. Se presenta la secuencia de análisis para un proceso industrial idealizado el cual puede ser aplicado por alumnos de 5to año de las carreras de Ingeniería Química e Ingeniería en Alimentos de la Fceqyn de la UNaM.El proceso consiste en un tanque de mezcla con dos entradas donde se calienta una substancia, mediante una resistencia eléctrica que entrega un flujo de calor que se puede considerar constante. Se consideran condiciones de mezclado perfecto.Objetivos:Diseñar un sistema de control con realimentación, de forma tal de mantener la temperatura de salida, 𝑻𝒔, controlada ante variaciones en el flujo de entrada 𝑞𝑒1.Encontrar la función de transferencia que describe el estado dinámico del proceso (TS(s)/Qe1(s)) y realizar el diagrama de bloques del proceso.Analizar el sistema e indicar el lazo de control posible para cumplir el objetivo. Determinar las variables manipulada y controlada. Dibujar el diagrama P&I.Evaluar la respuesta del sistema ante un cambio en escalón de 1ºC en el valor del set point. Encontrar el controlador más adecuado ajustando por la Regla de Ziegler Nichols. Graficar y justificar empleando un programa de cálculo algebraico.