tutorial ethan old is t col

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200.13.98.241/~antonio/cursos/control/aspen/tutorials/ethanol_water_distcol/tutorial_ethanol_distcol_dyn.html[02/11/2012 18:50:28]

Simulacin Dinmica y Control de una Columna de Destilacin para la Separacin de Etanol/agua

Preparado por:

Antonio Flores-Tlacuahuac

Universidad Iberoamericana, Santa Fe

Mxico DF

23/Marzo/2007

n este ejemplo emplearemos el simulador ASPEN para la Simulacin Dinmica y Control a lazo cerrado de una columna de destilacinnvencional la cual realiza la separacin de una mezcla Etanol y Agua. A continuacin se presenta la informacin de diseo:

Flujo de la corrriente de alimentacin: 13200 lbmol/hrTemperatura de la corriente de alimentacin: 218 FPresin de la corriente de alimentacin: 6 atmsFraccin mol del Etanol en la corriente de alimentacin: 0.03Presin de operacin de la columna: 1.2 atmsFlujo de la corriente de destilado: 480 lbmol/hrRelacin de Reflujo: 3.29Nmero total de platos: 25 (el plato 1 es el condensador y el 25 el ltimo del fondo de la columna)Plato de alimentacin: 10

ara simular y controlar el proceso seguimos el siguiente procedimiento:

1. Determinacin de la longitud y dimetro de la Columna, Tanque de Reflujo y de los Fondos de la Columna.2. Conversin de la Simulacin en Estado Estacionario a Simulacin Dinmica.3. Simulacin Dinmica.4. Control a lazo cerrado.5. Resultados.

) Determinacin de la longitud y dimetro de la Columna, Tanque de Reflujo y de los Fondos de la Columna.

ara realizar tanto la simulacin dinmica como el control a lazo cerrado de la Columna de Destilacin debemos proporcionar ms inform

ue la especificada para slo la simulacin del proceso en estado estacionario. En concreto necesitamos especificar la altura y el dimetrolumna de destilacin, as como la correspondiente altura y dimetro del tanque de reflujo y de los fondos de la columna.

a altura de la Columna de Destilacin se evalua facilmente usando la ecuacin:

Altura = 1.2*Htray*(Nt-2)

onde "Htray" es el espaciamiento entre los platos (siempre lo tomaremos como 0.61 mts), "Nt" es el nmero de platos internos (sin contndensador ni al rehevidor). El factor "1.2" significa que tomamos un 20% de altura en exceso para acomodar tubera interna (por ejemploconecciones al tanque acumulador y en el plato de alimentacin). En nuestro caso:

Altura = 1.2*0.6091*(25-2) = 16.83 mts = 17 mts

ara determinar el dimetro de la columna (el cual depende del mximo flujo interno de vapor) empleamos el simulador ASPEN. En el b

enominado "COLUMN" seleccionamos la opcin "Tray Sizing":


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espus de lo cual seleccionamos la opcin "New" para obtener:

eleccionado la opcin "OK" en la pantalla anterior obtenemos la siguiente pantalla donde especificamos que evaluaremos el dimetrolumna unicamente para platos internos (desde el nmero 2 hasta el nmero 24), fijamos que el tipo de plato a usar es "Sieve" y paciamiento entre los platos es de 0.6096 metros:


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espus seleccionamos el cono "N>" para simular el proceso. Una vez que la simulacin del proceso ha concluido de manera satisfacleccionamos de nuevo el bloque "COLUMN", a continuacin la opcin "Tray Sizing" y despus la opcin "1". Con esto obtendremos la sig

antalla donde seleccionamos la opcin "Results" donde podemos ver que el dimetro de la columna es de 2.229 metros.


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ara determinar las dimensiones (longitud y dimetro) del tanque de reflujo suponemos que el flujo de lquido que abandona el condensador tn tiempo de residencia aproximado de 5 minutos y que, bajo condiciones nominales de operacin, el tanque se encuentra lleno al 50% de supacidad total. Para determinar el flujo volumtrico de lquido que abandona el condensador seleccionamos la opcin "PROFILES" el bloqu

COLUMN" seleccionando a continuacin la pestaa "Hydraulics" donde vemos que el flujo volumtrico mencionado es 0.8507 m3/min. Por lnto el volumen del tanque de reflujo es:

Volumen (V) Tanque de Reflujo = (0.8507 m3/min)(2*5 min) = 8.5 m3Dimetro (D) del Tanque de Reflujo = (2*V/3.1416)^(1/3) = (2*8.5/3.1416)^0.333 = 1.75 mtsLongitud (L) del Tanque de Reflujo = 2*D = 3.5 mts


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e manera semejante para determinar el volumen del fondo de la columna en ASPEN determinamos el flujo de lquido que abandona el ltimatocual da un valor de 1.9 m3/min:


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or lo cual (suponiendo un tiempo de residencia de 5 mins y que, bajo condiciones nominales de operacin, la seccin de fondos se encuentra ll50% de su capacidad total):

Volumen (V) de los fondos = (1.9 m3/min)(2*5 min) = 19 m3Dimetro (D) de la seccin de fondos = (2*V/3.1416)^(1/3) = (2*19/3.1416)^0.333 = 2.3 mtsLongitud (L) de la seccin de fondos = 2*D = 4.6 mts

continuacin especificamos en ASPEN la longitud y el dimetro del tanque de reflujo seleccionando la opcin "Dynamic" del bloque

COLUMN" y elijiendo despus la pestaa "Reflux drum" para ingresar los valores como se muestra a continuacin (ntese en la seccin infee esta pantalla que por default ASPEN supone que el tanque se llena al 50% de su capacidad total), se debe apretar con el botn derecho delouse para seleccionar la opcin "dynamic":


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e manera semejante seleccionado la pestaa "Sump" especificamos la longitud y el dimetro de la seccin de fondos de la columna (observesuevamente que por default ASPEN considera que bajo condiciones nominales de operacin el volumen de los fondos de la columna se encuentupado al 50% de su capacidad total):


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continuacin ingresamos la informacin relacionada al dimetro de la columna, espaciamiento entre los platos y altura de cresta (weir heightuponemos que el dimetro de la columna permanece constante para los platos internos (del 2 al 24), que el espaciamiento entre platos es de 0.6etros y que la altura de la cresta es de 0.05 metros. Esta informacin se especifica en la opcin "Dynamic" del bloque "COLUMN" seleccionpestaa "Hydraulics" como se muestra a continuacin:


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continuacin volvemos a simular el proceso y despus seleccionamos la opcin "Pressure Checker" (para verificar que la presin sobre cadaato y en el plato de alimentacin son las adecuadas):


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n lo que obtenemos la siguiente pantalla la cual indica que, en principio, ASPEN puede realizar la conversin del modo de simulacin en etacionario hacia simulacin dinmica:

)Conversin de Simulacin en Estado Estacionario hacia Simulacin Dinmica.

ara convertir nuestro modelo de la Columna de Destilacin de Estado Estacionario en Modelo Dinmico seleccionamos la opcin "File" en laarra de herramientas, a continuacin la opcin "Export" donde en el tipo de modelo a obtener seleccionamos "P Driven Dyn Simulation(*.ddyn.appdf) y finalmente la opcin "Guardar":


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ebido a que los flujos tanto de vapor como de lquido a travs de la columna generan una cada de presin, el perfil de presin especificado (ms) no corresponder a la presin sobre cada plato calculado por ASPEN como se muestra en la siguiente pantalla:


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na forma de resolver este problema consiste en especificar una cada de presin diferente de cero en cada plato. Observando en la panterior la columna etiquetada como "P_dropL (bar)" observamos que la mxima cada de presin es aproximadamente 0.00922 bpecificamos una cada de presin el doble de este valor (es decir, 0.0185 bar) en el condensador y los platos:

continuacin corremos nuevamente la simulacin para determinar el nuevo perfil de presin a lo largo de la columna. Como presin a la salivlvula de alimentacin (VFEED), especificada como 1.2 atms, no ser igual a la evaluada por ASPEN necesitamos primero obtener la pr

ue ASPEN determina en el plato de alimentacin. Para este propsito en la opcin "PROFILES" del bloque "COLUMN" observamos q

resin en el plato 10 (plato de alimentacin es 1.3643227 atm):


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ntonces en el bloque "VFEED" especificamos que la presin de salida de la vlvula de alimentacin es la misma que ASPEN calcula comresin sobre el plato 10 (1.3643227 atms) y corremos de nuevo otra simulacin:


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osteriormente nuevamente volvemos a seleccionar al cono "Pressure Checker" para detectar si esta vez todas las presiones fueron especifie manera correcta.

ara intentar nuevamente la conversin del modo de simulacin de estado estacionario a modo dinmico volvemos a seleccionar la opcin "Fespus "Export" y finalmente la opcin "P Driven Dyn Simulation (.dynf; *dyn.appdf)". En esta ocasin las presiones fueron correctampecificadas por lo que obtenemos la siguiente pantalla indicando que la traduccin de la simulacin de estado estacionario hacia dinmicalizada correctamente:


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) Simulacin Dinmica a Lazo Abierto

ara simular dinamicamente la columna de destilacin necesitamos primero invocar al programa que ASPEN gener cuando realizamansformacin de modo de simulacin en estado estacionario hacia modo de simulacin dinmica. Por default ASPEN genera un archivtensin "dynf" (el cual contiene la versin dinmica de la simulacin) a partir del archivo con extensin "apw" (el cual que contiene la verstado estacionario de la simulacin). La forma ms simple de abrir el archivo que contiene la versin dinmica es usando el Explorad

Windows y dando click en el archivo apropiado tal como se muestra en la siguiente Figura:


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espus de abrir el archivo en modo dinmico ASPEN muestra la siguiente pantalla:


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n esta pantalla podemos distinguir 4 zonas o reas de trabajo. (1) En la zona llamada "Process Flowsheet Window" aparece el diagrama deel proceso y es el lugar donde tambin incluiremos los controladores de la columna. (2) En la zona llamada "Exploring - Simulation" donde bicadas todas las opciones de la simulacin dinmica. (3) En la zona llamada "Contents of Simulation" se encuentran los conos de las operacnmica tales como tipo de controladores, conecciones dinmicas hacia diferentes equipos, etc. (4) En la zona llamada "Simulation Messag

onde se muestra el progreso de la simulacin dinmica a medida que el tiempo de integracin avanza.

o primero que se recomienda hacer para iniciar la simulacin dinmica de la columna es asegurarnos de que no exista ningn problemaicializar la columna (eleccin de condiciones de arranque vlidas). Para hacer esto debemos seleccionar la opcin "Initialization" en laperior de la barra de herramientas:


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i la inicializacin fue realizada correctamente deberemos obtener el siguiente mensaje:

tese que en la pantalla anterior a la presente, en la parte inferior aparece una pequea zona en color verde que es otra indicacin de qicializacin fue exitosa. Tambin en esta Figura en el rea "Simulation Messages" aparece informacin indicando que la simulacin emp

esde el estado estacionario que se obtuvo previamente.

continuacin es conveniente asegurarnos de que es posible realizar la simulacin dinmica del proceso a lazo abierto (i.e. sin ningn esquemntrol) de modo satisfactorio. Para este propsito volvemos a seleccionar la opcin "Dynamic" en la parte superior de la barra de herrami

n seguida corremos la simulacin dimica pulsando el boton "punta de flecha a la derecha" que se encuentra inmediatamente a la derechapcin "Dynamics". Como podemos ver en el rea "Simulation Messages" la simulacin dinmica avanza sin contratiempos. Para detenmulacin dinmica pulsamos el botn "Pause" que se encuentra a la derecha del botn "run".


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) Control a lazo cerrado de la Columna de Destilacin

ara realizar el control a lazo cerrado de la Columna necesitamos enunciar el o los objetivos de control. Supongamos que deseamos contromposicin del Etanol en la corriente de Destilado an en presencia de perturbaciones en el flujo y composicin de la corriente de alimentaci

ara el control a lazo cerrado de la Columna de Destilacin necesitamos dos tipos de controladores. Al primero de ellos le llamaControladores Obligatorios" (en el sentido de que la columna no puede operar dinamicamente sin ellos). Al segundo grupo le llamaControladores Opcionales" , lo que significa que la presencia de este ltimo tipo de controladores responde a los objetivos de control deseados

Controladores Obligatorios

1. Control de la presin de la columna.2. Control del nivel del tanque de reflujo.3. Control del nivel de los fondos de la columna.4. Control del flujo de la corriente de alimentacin.

Controladores Opcionales

1. Control de la Temperatura en un plato.2. Control tipo Ratio entre el reflujo y el flujo de la corriente de alimentacin.3. Control feedback de la composicin del destilado.4. Control cascada de la composicin del destilado.


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.a) Controladores Obligatorios.

ontrol de la presin de la columna.

el diagrama de flujo del proceso podemos notar que por default ASPEN supone que la presin de la columna se va a controlar siempre emplcarga trmica en el condensador como variable manipulada. Esta suposicin o modo de controlar la presin es muy usado industrialmente.

ontrol del nivel del tanque de reflujo.

ara el control del nivel del tanque de reflujo supondremos que el flujo de destilado es la variable manipulada. Normalmente el control de no es un problema de control difcil por lo que se acostumbra emplear slo un controlador Proporcional para este propsito. Para establecer ee control entre el nivel del tanque de reflujo y el flujo del destilado procedemos como se muestra a continuacin.

n la zona de trabajo llamada "Exploring - Simulation" (parte superior izquierda de la pantalla) seleccionamos la opcin "Simulation" deLibraries" y a continuacin "ControlModels" lo cual nos proporciona una serie de conos relacionados con funciones de control. Para usar croporcional usamos el cono llamado "PIDIncr". Presionando el botn izquierdo del mouse y arrastrando este cono lo colocamos cercalvula (VDEST) que regula el flujo de la corriente de destilado. Como observamos ASPEN representa a un controlador usando un cresionando el botn derecho del mouse sobre este crculo renombramos este controlador como "CL_RTL" (Closed-Loop Reflux Tank Level)

continuacin seleccionamos "Simulation" despus "Libraries" seguido de "Dynamics" y finalmente "Stream Types". Para conecntrolador con la variable manipulada seleccionamos la opcin "ControlSignal":


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resionamos el botn izquierdo del mouse y arrastramos el cono "ControlSignal" cerca del condensador en el diagrama de flujo. Podemos nmo cuando el cono anterior ingresa a la ventana "Process Flowsheet" aparecen una serie de puntas de flecha en color azul lo cual indicbre los lugares donde estn ubicadas esas flechas se pueden seleccionar potenciales variables manipuladas. Colocando el cono anterior sob

unta de flecha que abandona el condensador hacia la derecha obtenemos una pantalla con una serie variables de donde podemos seleccionariable manipulada. En nuestro caso el nivel del tanque de reflujo (considerado como plato nmero 1) esta representado como el nivel del pleleccionamos ahora dicha variable:


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mo puede observarse despus de efectuar la accin anterior ASPEN dibuja una lnea que parte del condensador (la cual representa a la vantrolada) y aparece una punta de flecha azul que apunta hacia a la entrada del controlador "CL_RTL":


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tableciendo la coneccin obtenemos una segunda pantalla donde debemos establecer que el nivel del tanque de reflujo es la variable contrNota: ASPEN denominada a las variables controladadas como "Process Variables"). En nuestro caso debemos seleccionar a la vaCL_RTL.PV" para establecer la coneccin.

ara conectar el controlador "CL_RTL" a la variable manipulada (flujo de destilado representado por la vlvula "VDEST") seleccionuevamente el cono "ControlSignal". Presionado el botn izquierdo del mouse arrastramos este cono hasta conectarlo con la salidntrolador en cuestin con lo cual aparece la siguiente pantalla:


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ara indicar a ASPEN que la variable manipulada est representada por el porcentaje de apertura de la vlvula "VDEST" seleccionamos la oCL_RTL.OP" (por default ASPEN denomina como "Output Process" a la variable manipulada). A continuacin ASPEN proporciona una lnual debe ser conectada con la punta de flecha que indica entrada a la vlvula "VDEST". De esta forma la coneccin del controlador qtablecida tal como se muestra en la siguiente Figura:


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ara sintonizar el controlador damos doble click sobre el cono del controlador "CL_RTL.OP" con lo que obtenemos la siguiente pantalla:

n esta pantalla es donde se pueden especificar todas las funciones relacionadas con el controlador tales como establecer parmetntonizacin, cambiar set-points, graficar respuestas del sistema bajo control, etc. En particular para sintonizar el controlador seleccionampcin "Configure". Lo primero que debemos hacer inmediatamente despus es pulsar la opcin "Initialize Values" (con esta accin ASmar los valores del set-point y porcentaje de apertura de la vlvula de los valores calculados en estado estacionario). Para propsintonizacin elijamos una ganancia arbitraria de 2 y un tiempo integral "grande" (p.e. 9999) para cancelar la accin integral del controdems el modo de accin del controlador debe ser "Direct" (si aumenta el nivel del tanque de reflujo necesitamos aumentar el flujo de desara controlar dicho nivel).


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ontrol del nivel de los fondos de la columna.

ara el control a lazo cerrado del nivel de los fondos de la columna seleccionamos como variable manipulada el flujo del producto de fenotado por el porcentaje de apertura de la vlvula de control "VBOT". De manera semejante al caso del control de nivel del tanque de rleccionamos la opcin "Simulation > Libraries > Dynamics > ControlModes" y elejimos un controlador PI representado por el cono "PIDIarrastramos al rea del diagrama de flujo y lo colocamos alrededor de la vlvula "VBOT". A continuacin renombramos a este contromo "CL_CBL" (closed-loop column bottoms level):


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ara conectar la variable controlada con el controlador PI seleccionamos: "Simulation > Libraries > Dynamics > Stream Types" y la oControlSignal". Arrastramos el cono hasta la flecha azul que abandona el rehervidor y que representa las potenciales variables manipuespus de esto aparece una pantalla desde donde podemos seleccionar la variable "BLOCKS("COLUMN").Stage(25).Level" que es el nivelato del fondo de la columna y que representa el nivel en esta zona del equipo:


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espus de aceptar la anterior opcin ASPEN proporciona una lnea que debe ser conectada con la entrada del controlador. Cuando estableta coneccin aparece una pantalla donde debemos establecer que el nivel del fondo de la columna es la variable controlada:


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continuacin establecemos la coneccin entre el controlador y la variable manipulada. Para este fin nuevamente arrastramos el ControlSignal" y lo colocamos en la punta de flecha que sale del controlador "CL_CBL". En seguida aparece una pantalla donde debformar a ASPEN que la variable de salida del controlador representa la accin de control. Para este propsito seleccionamos la o

CL_CBL.OP" (Controller output).


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n seguida ASPEN proporciona una lnea que debe ser conectada con la punta de flecha que apunta hacia la entrada del controlador "CL_Ce esta manera establecemos la coneccin fsica entre la variable controlada, manipulada y el controlador PI.

ara especificar los parmetros de sintonizacin, la accin del controlador, set-point y porcentaje de apertura de la vlvula damos click en el CL_CBL" y seleccionamos la opcin "Configure". Recordar que lo primero que se debe hacer es pulsar la opcin "Initialize Vaosteriormente fijamos la ganancia del controlador en 2 y usamos un tiempo integral de 9999. Finalmente establecemos que la accintrolador es directa usando la opcin "Direct":


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ontrol del flujo de la corriente de alimentacin.

ara regular el flujo de la corriente Etanol/Agua que se desea separar establecemos un lazo de control usando como variable manipulada eimentado de la mezcla a separar y como variable controlada la apertura de la vlvula de la corriente de alimentacin ("VFED"). De mamejante a los dos casos anteriores introducimos un controlador PID ("CL_FF"). A continuacin seleccionamos la salida del bloque "MFE

ual contiene a la variable manipulada ("STREAMS("MFEED").F" Total mole flow) :


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continuacin ASPEN proporciona una lnea la cual conectamos con la entrada del controlador ("CL_FF") y establecemos que la variableolar alimentado a la columna es la variable manipulada ("CL_FF.PV"):


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ara conectar la salida del controlador con la vlvula "VFEED" arrastramos el cono "ControlSignal" hasta la salida del controlador "CL_Ftablecemos que la salida del controlador es la variable manipulada:


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continuacin fijamos los parmetros de sintonizacin usando una ganancia proporcional de 0.5 y tiempo integral de 0.3 min. No olvidar qeben usar la opcin "Initialize Values". Tambin establecemos que el modo del controlador es inverso ("Reverse"):

nalmente el diagrama de Flujo con los controladores conectados hasta este momento luce como se muestra en la siguiente Figura:


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.b) Controladores Opcionales.

upongamos que nuestro objetivo de control consiste en el control de la pureza de la separacin. En otras palabras, deseamos controlar la fraol de Etanol en la corriente de Destilado. Para lograr este objetivo en este tutorial examinaremos el desempeo de los siguiententroladores:

Control de la Temperatura en algn plato de la columna.Control directo de la composicin.Control Cascada de la composicin empleando como controlador esclavo el lazo descrito antes de control de temperatura y como contromaestro la composicin del destilado.

determinaremos cual de ellos opera de manera ms eficiente para el rechazo de los siguientes dos tipos de perturbaciones:

+/ 10 % en el Flujo de alimentacin de la corriente a separar.+/- 10% en la Fraccin mol de Etanol en la corriente de alimentacin.

ontrol de la Temperatura.

upongamos que se desea controlar la temperatura del plato nmero 9 manipulando la carga trmica del rehervidor. Para este fin agregamntrolador PID y establecemos una coneccin entre la temperatura del plato 9 y el controlador agregando el cono "ControlSignal" y ubicabre la flecha que sale de la columna en su parte inferior como se muestra en la siguiente grfica:


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tese que tambin hemos seleccionado como variable controlada a la temperatura sobre el plato mencionado. Al igual que antes ASroporciona una lnea la cual conectamos con la entrada del controlador "CL_T9":


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rrastrando nuevamente el cono "ControlSignals" establecemos la coneccin entre la salida del controlador y la variable manipulada:


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hora establecemos la coneccin entre la salida del controlador y la carga trmica del rehervidor que es la variable manipulada. Arrastramono "ControlSignals" hasta la salida del controlador "CL_T9" con lo que obtenemos la siguiente pantalla donde establecemos que la rmica en el rehervidor (BLOCKS("COLUMN").QRebR) es la variable controlada:


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nalmente establecemos que el controlador es de modo inverso ("Reverse") e inicializamos el controlador a los valores en estado estacionario

diagrama de flujo del proceso junto con los controladores adicionados hasta el momento luce como se muestra en la siguiente Figura:


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hora que el controlador de temperatura ha sido agregado resulta muy conveniente correr el sistema a lazo cerrado para verificar que no exroblemas con la integracin del modelo dinmico a lazo cerrado. Esta prueba la hacemos usando la opcin "Dynamic" en la barerramientas y corriendo la simulacin. Como vemos en la parte inferior de la siguiente Figura el sistema a lazo cerrrado trabaja sin problemtegracin numrica:


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upongamos ahora que existe un retraso de 1 minuto en la medicin de la temperatura en el plato 9. En "Simulation > Libraries > DynamontrolModes" buscamos el cono llamado "DeadTime" el cual representa al retraso mencionado. Arrastramos este cono hasta el rea donbica el diagrama de flujo. Para conectar el retardo con la medicin de la temperatura en el plato 9 damos click en la lnea punteada de conentre el plato 9 y el controlador y seleccionamos la opcin "Reconnect Destination". Sin soltar el mouse lo colocamos sobre la flecha que apacia la entrada del retardo. Para conectar el retardo con el controlador seleccionamos el cono "ControlSignal" y establecemos la coneeseada:


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n la pantalla anterior tambin se muestra la forma de fijar el retardo. Con el mouse sobre el cono del retardo damos click dereleccionamos "Forms > All variables" para obtener la siguiente rea donde fijamos el valor del retardo. Ntese claramente en la anterior pan

ue los valores de entrada y salida ("Input_, Output_1") no corresponden a los valores de temperatura de entrada y salida del retrado. btener los valores correctos realizamos nuevamente una inicializacin del sistema (seleccionando la opcin "Initialization" en la barerramientas y corriendo la simulacin). Despus de esto examinamos la misma pantalla y vemos que ahora las entradas/salidas del controenen los valores correctos:


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continuacin sintonizaremos el lazo de control entre la carga trmica del rehervidor (variable manipulada) y la temperatura en el pariable controlada). Para este propsito seleccionamos la opcin "Tune" dando doble click en el controlador "CL_T9" y espeficand

eseamos que ASPEN sintonise el lazo mencionado usando el mtodo ATV (o de autosintonizacin):

mo observamos por default ASPEN utiliza el 5% del valor nominal de la variable manipulada para fijar la magnitud en la que cambia ariable durante el proceso de sintonizacin.

ara correr el proceso de autosintonizacin primero debemos correr la simulacin dinmica de la columna pulsando el botn correr qncuentra en la barra de herramientas:

a continuacin pulsando la opcin "Start test" en la pantalla anterior a la presente. ASPEN empezar a mostrar los resultados de la sintonizn la ventana inferior ("Simulation Messages"). Para ver los resultados en forma grfica pulsamos la opcin "plot":


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lo que obtendremos ser la siguiente grfica donde aparecen los resultados de las variables manipulada y controlada:

espus de concluir el proceso ATV debemos dar click en la opcin "Finish test" :


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mo puede observarse en la pantalla anterior, el mtodo ATV obtiene una ganancia final (Kcu) de 9.9071 y periodo de oscilacin de 6 minguida seleccionamos la opcin "Tuning parameters". A continuacin seleccionamos el tipo de controlador como Proporcional+Integral (pecificamos que deseamos emplear el mtodo de Ziegler-Nichols para la sintonizacin del controlador:

amos la opcin "Calculate" para calcular la ganancia y el tiempo integral del controlador y finalmente actualizamos los valores armetros de sintonizacin con la opcin "Update controller". Finalmente podemos checar el desempeo del sistema de control a lazo cerolviendo a correr la simulacin dinmica a lazo cerrado. Como observamos en la siguiente Figura, ASPEN mantiene a la columna operededor del set-point deseado:


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ontrol Directa de la Composicin del Destilado.

ara establecer el lazo de control entre la fraccin mol del destilado (variable controlada) y la carga trmica del rehervidor (variable manipugregamos un controlador PI (lo renombramos como "CL_XD"), suponemos que la medicin de la composicin del destilado tiene un retardoinutos (bloque B2):


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nectamos la salida de la composicin del destilado (corriente nmero 2 en el diagrama de flujo) con la entrada del retardo y la salida del retan la entrada del controlador "CL_XD" tal como se muestra en la siguiente figura:

n seguida establecemos la coneccin entre la salida del controlador (CL_XD.OP):


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la variable manipulada (carga trmica del rehervidor):


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on lo que la coneccin queda totalmente establecida tal como se muestra en la siguiente figura:


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a siguiente accin consiste en correr una Inicializacin ("Initialization") de la simulacin, en seguida dar click con el lado derecho del mForms > AllVariables") para fijar el retardo en 3 minutos tal como se muestra en la siguiente figura:


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continuacin damos doble click en el cono del controlador de composicin ("CL_XD") seleccionamos "Configure", modo de accin dDirect") e inicializamos los valores del controlador ("Initialize Values"):


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ara sintonizar el lazo de control primero permitimos que el controlador que ASPEN incorpora como default pueda controlar al proceso alree los valores deseados. Despus de obtener esta respuesta a lazo cerrado resintonizamos este lazo seleccionado la opcin "Pause> Tune > oop ATV > Run Simulation > Start Test" hasta que observemos una Figura parecida a la siguiente:


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eleccionamos "Tuning parameters > Ziegler Nichols > Calculate > Update controller":


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ontrol Cascada de la Composicin del Destilado.

n esta seccin discutiremos como implementar control cascada en ASPEN. Nuestro objetivo reside en controlar la fraccin mol de Etanol rriente de destilado manipulando la carga trmica del rehervidor. El controlador Maestro recibe la medicin (con retardo de 3 minutosaccim mol de Etanol en el destilado y establece el set-point de la temperatura del plato 9 de la columna de destilacin. El controlador Escibe el set-point (temperatura deseada en el plato 9) y la medicin (con retardo de 1 minuto) de dicha temperatura y genera como accintrol la apertura de la vlvula de control que regula la carga trmica en el rehervidor.

iciamos introduciendo los bloques que representan al retardo en la medicin de la composicin del destilado ("B2") y el controlador maenombrado como "CL_XD"). Al igual que antes buscamos "ControlSignal" para seleccionar como variable controlada la fraccin mol de E

n la corriente de Destilado:

e esta manera conectamos con la entrada del retardo. Para conectar la salida del retardo con la entrada del controlador seleccionControlSignal" y establecemos la coneccin deseada:


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cual luce tal como se muestra en la siguiente Figura:


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continuacin usando "ControlSignal" conectamos la salida del controlador de composicin:


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n la entrada del controlador esclavo ("CL_T9"). En este punto debemos notar que aunque la entrada del controlador "CL_T9" ya espariencia usada si colocamos la seal "ControlSignal" sobre la entrada ocupada de "CL_T9" aparece un mensaje indicando que el sistemntrol que se pretende establecer es del tipo Cascada.


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continuacin abrimos el cono "CL_T9" y establecemos que este lazo de control acta en modo "Cascada" (lo cual significa que el set-point te controlador lo recibir del controlador maestro "CL_XD") e inicializamos la simucin a lazo cerrado ("Initialization"):


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s conveniente asegurarnos una vez ms que el controlador esclavo "CL_T9" est en modo Cascada y que el controlador Maestro "CL_XD" en modo automtico antes de realizar la sintonizacin ATV. Corriendo esta prueba obtenemos los resultados que se muestran en la siguientegura:


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nalmente seleccionamos "Tuning parameters > Ziegler_Nichols > Calculate > Update Controller":


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Pruebas a Lazo Cerrado de los Sistemas de Control.

Perturbacin en el Flujo msico alimentado a la Columna de Destilacin regulando la temperatura en el plato 9.

upongamos que el flujo msico de la corriente de alimentacin cambia de 13200 lbmol/hr a 15200 lbmol/hr. Para introducir esta perturbamos click en el cono del controlador del flujo de la corriente de alimentacin ("CL_FF") y cambiamos el set-point de 13200 a 15200 lbmol/anera de monitear la composicin del Etanol en el destilado consiste en seleccionar en la barra de herramientas: "Tools > New Form", d

ombre a la grfica de composicin ("myfig") y seleccionar "OK". Para seleccionar a la fraccin mol del Etanol en el destilado como la variaficar damos click en el bloque "2" y del dilogo resultante seleccionamos dicha fraccin mol la cual seleccionamos dando click con el min soltar el botn del mouse) lo soltamos sobre la zona de nuestra grfica. Podemos redimensionar los ejes de la grfica dando click con el

erecho del mouse y seleccionado entonces la opcin "Properties":

al como se nota en la siguiente figura, el sistema de control puede facilmente rechazar esta perturbacin modificando ligeramente la rmica en el rehervidor. La temperatura del plato 9 cas no siente el efecto de la variacin en el flujo de la corriente alimentada y lo mismo on la fraccin mol de Etanol en la corriente de Destilado la cual permanece cerca de su valor deseado a pesar de no ser contralada directame


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Pertubacin en la Composicin de la Corriente de Alimentacin regulando la temperatura en el plato 9.

ara introducir una perturbacin en la composicin de la corriente alimentada a la columna seleccionamos "MFEED > Forms > All Variabn el dilogo que se nos presenta cambiamos la fraccin mol de 0.03/0.97 a 0.1/0.9 tal como se muestra en la siguiente Figura:


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n embargo, como observamos de la siguiente Figura, a pesar de que en este caso el controlador de Temperatura mantiene la temperatura alor deseado (202.41), esto no basta para garantizar que la composicin de Etanol en el destilado mantenga el valor deseado (0.8057):


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Perturbacin en el Flujo msico alimentado a la Columna de Destilacin regulando la Composicin del Etanol en el Destilado.

e manera semejante al caso anterior aumentamos el flujo de la corriente alimentada a la columna de 13200 lbmol/hr a 15200 lbmol/hr. mos de la siguiente Figura, el controlador de composicin responde de manera ms bien lenta ante este tipo de perturbaciones.


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Pertubacin en la Composicin de la Corriente de Alimentacin regulando la Composicin del Etanol en el Destilado.

omo observamos de la siguiente Figura, el controlador de composicin, a diferencia del controlador de Temperatura, si puede rechazar este perturbacin aunque de manera un poco lenta.


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Perturbacin en el Flujo msico alimentado a la Columna de Destilacin utilizando control Cascada entre la Composicin y Temperatura

n ocasiones probar el lazo de control en Cascada pueder ser un poco problmatico. En este tipo de casos se recomienda fijar en cero minutecir, sin retardo) el valor del retardo representado por el bloque "B2", a continuacin asegurarnos de que el sistema de control en cascada pntrolar al sistema sin ninguna perturbacin tal como se muestra en la siguiente grfica:


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Pertubacin en la Composicin de la Corriente de Alimentacin utilizando control Cascada entre la Composicin y Temperatura

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