Variable controlada: nivel y caudal

1. CONTROL DE NIVEL.

• Proponer un diagrama de bloques completo del control de nivel utilizado en la práctica. Explica cómo funciona el controlador de caudal y qué relación tiene con el controlador de nivel.

[pic 1]

Variable manipulada: caudal

Variable controlada: nivel y caudal

Perturbación: la válvula.

El sistema de control utilizado en el ensayo es un control en cascada. Se emplea en la regulación sobre todo de sistemas con dinámicas lentas como el control de nivel. Se caracteriza por insertar en el lazo de control otro lazo secundario o esclavo que mide y regula una otra variable interna del sistema que se vea afectada más rápidamente por las posibles perturbaciones, introduciendo así un efecto anticipativo que evitaría la aparición de grandes errores que tardarían mucho en ser corregidos. En el sistema tratado, la otra variable interna es el caudal y, por lo tanto, el lazo de control secundario es un control proporcional de caudal.

El sistema controlante funciona de tal manera, que frente a una variación en el setpoint el controlador de nivel ejerce una acción de control que implicaría un aumento o disminución del caudal para aumentar o reducir el nivel del tanque. Esta acción de control se compara con la medida de caudal que se efectúa en el lazo secundario, y el error entra al controlador de caudal, y es este el que  genera una acción de control sobre el elemento final de control del sistema, la bomba. La bomba impulsará más o menos fluido y esto afectará al proceso aumentando o disminuyendo el nivel del tanque, respectivamente. Un sensor de nivel, en este caso, un medidor de presión diferencial, indica el nivel real del tanque, y éste se compara con el setpoint del sistema, dando el error que será la entrada al controlador de nivel repitiéndose así el ciclo.

• Pregunta tipo test. Seleccionar la mejor respuesta y justificarla.

1. El medidor de caudal es de tipo rotámetro.
2. El medidor de presión es de tipo capacitivo.
3. El medidor de caudal es por ultrasonidos.
4. El medidor de presión es de presión diferencial.
5. Ninguna de las respuestas anteriores.

La medida del caudal se realiza indirectamente mediante un medidor de tipo turbina, cuya velocidad de rotación, frecuencia de la señal, es proporcional al caudal.

El sensor de nivel es un medidor de presión diferencial, mide la diferencia de presión entre dos puntos del fluido. La presión que ejerce el líquido en la base del tanque es proporcional  a la altura de líquido que se encuentra por encima del punto donde se está midiendo esa presión, y por lo tanto, se puede utilizar como medida del nivel (P=ρ·g·h, donde h es la altura de líquido). Hay que tener en cuenta un factor de corrección del fenómeno de penetración: debido a que el aire es un fluido compresible, el agua penetrará por el interior del tubo hasta alcanzar la presión de equilibrio y por lo tanto, es como si se estuviera midiendo la presión a la altura donde se alcanza este equilibrio dentro del tubo y no en su base (como si se midiera en h-Δh).

• Define:

• Sistema controlado: parte de la instalación técnica en la que se manipula una variable física mediante un control automático y en la que los cambios de esta variable son determinados por el desarrollo del proceso de control.
• Margen de ajuste: el rango para el cual controlador puede ajustar o modificar la variable correctora (acción de control).
• Controlador P:

1. Margen proporcional: intervalo que ha de recorrer la variable controlada para que esta cubra totalmente su margen de ajuste
2. Banda proporcional: cambio que ha de experimentar el error para producir un cambio del 100% en la señal de salida, es decir, para recorre todo el rango de la acción de control.

• Controlador I: la acción integral hace cambiar la salida en la dirección correcta siempre que exista error. Lo corrige siempre. Cuanto menor es TauI más intensa es la acción integral: acción de corrección más rápida pero a costa de más oscilaciones.
• Controlador D. la acción derivativa aporta más señal cuanto mayor es la velocidad de cambio del error (la derivada de E respecto de t), lo que da lugar a un efecto anticipativo, actúa antes de que se produzcan grandes errores.

1. TORRE DE ABSORCIÓN DE CO2.

• Nombra todos los mecanismos de transporte de masa que intervienen en el proceso de absorción y que  queden englobados en el coeficiente de transferencia de materia K.

[pic 2]

Existen dos tipos de mecanismo de transporte de materia:

1. Transporte molecular o difusión molecular. Este transporte tiene lugar cuando existe una diferencia de concentración y las moléculas tienden a difundir desde la zona de más concentración hacia la zona de menor concentración. Por lo tanto, el término del gradiente de concentración es lo que introduce este fenómeno en la ecuación de definición del coeficiente de transferencia de materia    (y – y*).
2. Transporte turbulento o transporte convectivo, debido al movimiento macroscópico del fluido. En este caso, el flujo molar del gas (G )del fluido por el interior de la columna es lo que introduce este transporte en la ecuación del coeficiente de transferencia de materia.

• Representa la evolución en el tiempo, durante varias horas de la concentración de CO2 a la salida en la fase gas y en la fase líquida para la columna utilizada en prácticas, trabajando con agua y con solución de NaOH.[pic 3]

Inicialmente la concentración de CO2 en el agua es cero (línea azul), y por lo tanto, el gradiente de concentración en la interfase entre ambos fluidos es máxima. Esto hace que al principio la velocidad de absorción sea muy rápida y ésta vaya disminuyendo conforme lo haga el gradiente de concentración. Esto sucede porque en el agua, al no reaccionar con el CO2 y estar en un circuito cerrado (se recircula toda el agua), el CO2 se va acumulando en el líquido hasta que se satura, es decir, llega a un equilibrio dinámico en el que la presión parcial del CO2 en el gas está en equilibrio con la concentración de CO2 absorbida en el líquido, y por más tiempo experimental que transcurra (si la P del sistema se mantiene constante) no absorberá más CO2.

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