Elementos para implementar el sistema de control automático

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Aplicación del Reactor:

Los reactores del tipo airlift han sido extensamente utilizados para el tratamiento de agua (Zuber et al., 1997). Es por ello, que para tal situación hemos querido utilizar este reactor como un sistema de tratamiento para las aguas residuales de tipo industrial.

Este proceso de tratamiento requiere de un suministro constante de flujo de aire al sistema. Donde el flujo de alimentación es dividido en dos corrientes de tipo líquida y que al ingresar la fase gaseosa, entra en contacto con la fase líquida, dispuesta en el interior del equipo, ocurriendo la transferencia y biotransformación de contaminantes (Gjaltema et al,. 1997). Todo este proceso puede ser optimizado y mejorado mediante la implementación de un sistema de control automatizado. El cual tiene por objetivo mantener en un determinado valor operacional las variables del proceso tales como temperatura, presión, flujo, composición, entre otros. Los procesos que ocurren dentro de este son de naturaleza dinámica, en ellos siempre hay cambios y se deben tomar las acciones pertinentes sobre las variables relevantes, aquellas que se relacionan con la seguridad, calidad e índices de producción, etc. Como variables a controlar se considerarán las siguientes: Temperatura, Presión, Flujo y pH. Este sistema de control automático debe contar a lo menos con los siguientes elementos; sensores, actuadores, circuito de acondicionamiento de la señal, circuito de la etapa de potencia, DAQ y módulo de procesamiento de datos (PC).

Elementos para implementar el sistema de control automático

Sensores

Un sensor es un dispositivo que mide la variable a controlar para luego entregar una señal de salida medible que se encuentra en función de la variable controlada.

Tipos de sensores

Sensores de presión

Existe una gran cantidad de sensores de presión entre los cuales destacan el tubo de Bourdon, hélice, espiral, fuelle y el de diafragma. El más común de estos es el Bourdon ver figura 1.2 que consiste en un tramo de tubo en forma de herradura, con un extremo sellado y el otro conectado a la fuente de presión. Debido a que la sección transversal del tubo es elíptica, al aplicar una presión el tubo tiende a enderezarse y al quitarla el tubo tiende a volver a su posición original de herradura. La cantidad de enderezamiento que sufre el tubo es proporcional a la presión que se le aplica, y como el extremo abierto del tubo esta fijo, entonces el extremo cerrado puede conectarse a un transmisor para generar una señal neumática o eléctrica.

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Figura 1.2 tubo de Bourdon

Sensores de flujo

El flujo es una de las variables que se miden con mayor frecuencia. El más conocido es el medidor de orificio que trabaja con la caída de presión, que es un disco plano con un agujero, como se ilustra en la figura 1.3, el disco se inserta en la línea de proceso, perpendicular al movimiento del fluido, con objeto de producir una caída de presión la cual es proporcional a la razón de flujo volumétrico a través del orificio. Este sensor de flujo se utilizará para medir la cantidad de aire a suministrar al reactor.

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Figura 1.3 Medidor de orificio

A veces no existe la presión suficiente para generar esta caída. Por eso el sensor elegido para la alimentación será un medidor magnético de flujo que se ilustra en la figura 1.4. El principio de operación de este elemento es la ley de Faraday; es decir, cuando un fluido se mueve en ángulo recto a través de un campo magnético, se induce un voltaje el cual es proporcional al campo magnético y a la velocidad del fluido. Si la intensidad del campo magnético es constante, entonces el voltaje únicamente es proporcional a la velocidad del fluido, además la velocidad medida es la velocidad promedio por lo tanto se puede utilizar en dos regímenes; laminar y turbulento. Para la calibración de este medidor de flujo se debe tomar en cuenta el área de la sección transversal del tubo, de manera que con la electrónica que se asocia al medidor sea posible calcular el flujo volumétrico por lo tanto, la salida se asocia linealmente con la razón de flujo volumétrico.

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Figura 1.4 medidor magnético

Sensores de temperatura

La temperatura junto con el flujo, es la variable que con mayor frecuencia se mide en la industria de proceso, debido a que la mayoría de los fenómenos físicos se ven afectados por esta. La temperatura se utiliza frecuentemente para inferir otras variables del proceso. Comúnmente en los reactores la temperatura se utiliza como un indicador de la extensión de la reacción. A causa de los múltiples efectos que produce la temperatura se han desarrollado numerosos dispositivos para medirla. Los tipos de sensores más típicos se pueden clasificar en 4, estos son: de expansión, de resistencia, termopares y métodos sin contacto. El sensor implementado en el reactor será un termopar, el cual es el sensor de temperatura más conocido a nivel industrial. El principio de funcionamiento establece que hay un flujo de corriente eléctrica en un circuito de dos metales diferentes si las dos uniones están a temperaturas diferentes. El voltaje que se produce con este efecto termoeléctrico depende de la diferencia de temperatura entre las dos uniones y los metales que se utilicen. Por lo general los termopares son de platino-rodio, cobre-constantan, hierro-constantan, cromel-alumen y cromel-constantan. La figura 1.5 ilustra el principio de funcionamiento del termopar.

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Figura 1.5 principio de funcionamiento de termopar

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PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

Elección de Sensores

Sistema de control

Se puede pensar en un sistema como una caja negra que tiene una entrada y una salida. Se considera una caja negra debido a que en realidad no es importante que tienen dentro, sino la relación entre la salida y la entrada. Este sistema es de control si la salida se controla de modo que pueda adoptar un valor o cambio en particular de alguna manera definida.

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