Modelado, simulación y control del nivel de un tanque

Modelado, simulación y control del nivel de un tanque

Véliz, Axel.

aveliz@est.ups.edu.ec

Universidad Politécnica Salesiana

Resumen— Este trabajo muestra el modelamiento, diseño y prueba para determinar el nivel de altura de un líquido en un tanque mediante la ecuación de caudal con la que se puede calcular la altura a partir de los datos de caudal y área transversal. Para llevar esto a cabo, el primer paso es plantear el modelo y los datos a usarse en el Simulink, luego armar la estructura y correr el programa para así observar los datos obtenidos.

Índice de Términos— Caudal, simulación, tanques, modelamiento, diseño

Abstract— This work shows the modeling, design and testing in order to determine the level of altitude of a liquid inside a tank using the equation of flow from which the height can be calculated from initial flow and cross-sectional data. To carry this, the first step is setting the model and the data being used in Simulink, then build the structure and run the program to observe the obtained data.

Keywords— Flow, simulation, tanks, modeling, design

1. Introducción

E

l diseño de esta práctica está hecho para obtener la altura a la que llegará un líquido dependiendo de la cantidad de caudal que vaya a ingresar a medida que pasa el tiempo. Actualmente muchas empresas requieren de un control de cuánto caudal de un líquido ingresa a los tanques que usen para diferentes procesos ya que si no se controlan bien estos podrían rebosar del material con la probabilidad de que ocurra un accidente dentro la planta, debido a esto se han implantado muchos sistemas que controlan el flujo y llenado de un tanque para que esté en la altura óptima de funcionamiento a la vez que se evitan situaciones que pueden comprometer las operaciones que lleve a cabo la empresa.

En los procesos industriales, las características inherentes de un sistema como la demora, la inercia o factores externos complican los problemas de control y aumentan las dificultades para controlarlo. Cuando las condiciones de operación cambian drásticamente y el sistema es alterado por el ambiente, el punto de operación suele moverse lejos del punto de equilibrio. Como resultado de esto, el rendimiento del sistema de control se deteriorará e inclusive el sistema de salida no puede seguirle el paso al valor establecido. [1]

El tanque es una importante medida aplicada al almacenamiento y transporte de distintos líquidos tales como el aceite usado en la industria petroquímica o el agua usada en los diferentes procesos industriales, por lo que la medición del volumen no solamente es para manejo sino también para la correcta operación del proceso ya que compromete no solo la parte productiva sino también la económica que es algo de mucho interés para la empresa. [2]

Como ejemplo se puede tomar el mezclado en diferentes procesos industriales químicos, bioquímicos y de aleaciones que suelen ser realizados en tanques de agitación de los cuales existe una gran variedad de ellos para mezcla de líquidos, dispersión de burbujas, suspensión de sólidos, reacciones químicas, entre otros más, el rendimiento de esto es visto a través de las mediciones que se lleguen a dar en el tanque. [3] Por lo que la determinación de variables y su respectivo control para su correcto funcionamiento es muy importante para cualquier proceso industrial.

A. Objetivo General

Establecer un proceso para la medición de altura y flujo.

B. Objetivos Específicos

- Determinar las variables a usarse en el modelado a partir de la fórmula de caudal.

- Generar el modelado correcto en función de la fórmula.

- Implementar el modelado en el programa de Simulink y comprobar su funcionamiento.

1. Materiales y Métodos

A. Equipos y Materiales utilizados

MATLAB es un programa matemático que ofrece muchas facilidades para la simulación, interpretación de algoritmos, manipulación de matrices, entre muchas otras las cuales se limitan a la capacidad de la persona que use el programa. Dentro de este programa existe una herramienta muy útil que es el que permite realizar una simulación en base a modelos matemáticos llamada SIMULINK la cual puede facilitar la creación de un programa evitando usar líneas de código de algún lenguaje de programación así como también simular situaciones reales de un proceso dentro de una planta reduciendo costos y tiempo.

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