Estudio del comportamiento dinámico de la conductividad eléctrica en un reactor continuo de tanque agitado y diseño del controlador apropiado

Abstract

[ES] La conductividad eléctrica es un parámetro importante a controlar en la industria química, ya que es necesario mantenerlo en un rango de valores óptimo en numerosos procesos. Para ello, es necesario tener un sistema de control que mantenga este proceso en unos valores de funcionamiento óptimos y satisfacer los requerimientos de calidad, seguridad y protección del medio ambiente.

En este Trabajo de Final de Grado se ha llevado a cabo el estudio dinámico del parámetro de la conductividad en un reactor continuo de tanque agitado y en un reactor de flujo pistón, con objeto de diseñar los controladores convencionales de realimentación apropiados para cada tipo de reactor.

Para llevar a cabo dicho estudio se fijó un caudal de entrada de agua al reactor y se fueron aplicando saltos en forma de escalón en el caudal de ácido clorhídrico, realizándose esta experiencia para distintos caudales de agua. También se trabajó con un caudal de agua constante y se aplicaron saltos en escalón en el caudal de ácido clorhídrico cada vez mayor, y cuando se alcanzaba el nuevo estado estacionario, se volvía al estado estacionario inicial. Observando así que el sistema que se analizaba no era un sistema lineal.

Se separaron los diferentes saltos y se obtuvieron los parámetros matemáticos de cada salto escalón con objeto de diseñar los distintos controladores para cada salto escalón, utilizando para ello diversos criterios como el ¿criterio de estabilidad de Bode¿ y el criterio basado en ¿la curva de reacción del proceso¿. Una vez diseñados se seleccionaron unas condiciones óptimas de operación y se comprobó la validez del diseño de los controladores para los dos tipos de reactor, observando que para un RCTA el control es efectivo, pero para un el RFP el control no es adecuado, debido al gran valor en su tiempo muerto. Debido al control inefectivo del RFP se propuso como alternativa de mejora el uso de un Predictor de Smith. Para ello, se utilizó la herramienta matemática Simulink de ¿Matlab¿, con el que se realizó una simulación del RFP y se comprobó que se puede controlar el sistema de forma efectiva.

[EN] The electrical conductivity is a key parameter in the chemical industry, and therefore, it must be controlled in order to keep it in an optimal range of values. The control system must satisfy the requirements of quality, safety and environmental protection.

In this Final Grade Report the study of the dinamyc behaviour of this parameter has been carried out in a continuous stirred tank-reactor and in a flow reactor piston, with the aim of designing conventional controllers appropriate feedback for each type of reactor.

To carry out this study, a water inlet flow rate was set to the reactor and stepped jumps were applied in the flow of hydrochloric acid, this experience being carried out for different water flow rates. Work was also carried out with a constant flow of water and step jumps were applied to the increasing flow rate of hydrochloric acid, and when the new stationary state was reached, it was returned to the initial stationary state. Noting that the system being analyzed was not a linear system.

These stepped jumps were separated and the mathematical parameters of each step jump were obtained in order to design the different controllers for each step jump, using various criteria such as the "Bode stability criterion" and the criterion based on " the reaction curve of the process. " Once designed, optimum operating conditions were selected and the validity of the design of the controllers for the two reactor types was checked, observing that for an CSTR (continuos stirred tank reactor)the control is effective, but for an PFR (plug flow reactor) the control is not adequate, due to the Great value in your downtime. Due to the ineffective control of the PFR, the use of a Smith Predictor was proposed as an alternative to improvement. For this, the mathematical tool Simulink of "Matlab" was used, with which a simulation of the PFR was carried out and it was verified that the system can be controlled effectivel