Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor

El objetivo de la propuesta es diseñar e implementar dos estrategias de control avanzado, control óptimo y control robusto, para los siguientes intercambiadores: intercambiador de aletas, intercambiador de cascos y tubos e intercambiador tipo bayoneta, esto con el fin de tener resultados que se acop...

Full description

Autores:
Gandur Adarme, Said Yamil
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2016
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1600
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/1600
Palabra clave:
Mechatronic engineering
Heat exchangers
Temperature control
Research
Ingeniería mecatrónica
Intercambiadores de calor
Control de la temperatura
Investigaciones
Rights
openAccess
License
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
id UNAB2_a20cd084e7a853659c74075fb72b842e
oai_identifier_str oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1600
network_acronym_str UNAB2
network_name_str Repositorio UNAB
repository_id_str
dc.title.spa.fl_str_mv Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor
dc.title.translated.eng.fl_str_mv Optimum control design and robust control to regulate the temperature of a heat exchanger
title Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor
spellingShingle Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor
Mechatronic engineering
Heat exchangers
Temperature control
Research
Ingeniería mecatrónica
Intercambiadores de calor
Control de la temperatura
Investigaciones
title_short Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor
title_full Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor
title_fullStr Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor
title_full_unstemmed Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor
title_sort Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor
dc.creator.fl_str_mv Gandur Adarme, Said Yamil
dc.contributor.advisor.spa.fl_str_mv González Acevedo, Hernando
dc.contributor.author.spa.fl_str_mv Gandur Adarme, Said Yamil
dc.contributor.cvlac.*.fl_str_mv González Acevedo, Hernando [0000544655]
dc.contributor.googlescholar.*.fl_str_mv González Acevedo, Hernando [V8tga0cAAAAJ&hl=es]
dc.contributor.orcid.spa.fl_str_mv González Acevedo, Hernando [0000-0001-6242-3939]
dc.contributor.scopus.*.fl_str_mv González Acevedo, Hernando [55821231500]
dc.contributor.researchgate.*.fl_str_mv González Acevedo, Hernando [Hernando-Gonzalez]
dc.contributor.researchgroup.spa.fl_str_mv Grupo de Investigación Control y Mecatrónica - GICYM
Grupo de Investigaciones Clínicas
dc.subject.keywords.eng.fl_str_mv Mechatronic engineering
Heat exchangers
Temperature control
Research
topic Mechatronic engineering
Heat exchangers
Temperature control
Research
Ingeniería mecatrónica
Intercambiadores de calor
Control de la temperatura
Investigaciones
dc.subject.lemb.spa.fl_str_mv Ingeniería mecatrónica
Intercambiadores de calor
Control de la temperatura
Investigaciones
description El objetivo de la propuesta es diseñar e implementar dos estrategias de control avanzado, control óptimo y control robusto, para los siguientes intercambiadores: intercambiador de aletas, intercambiador de cascos y tubos e intercambiador tipo bayoneta, esto con el fin de tener resultados que se acoplen a las expectativas referidas a los intercambiadores de calor previamente mencionados. Los códigos se implementarán en el sistema de control distribuido DeltaV. El proyecto hace parte de la propuesta de investigación “Diseño de controladores avanzados para los procesos térmicos ubicados en el laboratorio de planta piloto” aprobada en la octava convocatoria interna de proyectos de investigación UNAB.
publishDate 2016
dc.date.issued.none.fl_str_mv 2016
dc.date.accessioned.none.fl_str_mv 2020-06-26T19:45:24Z
dc.date.available.none.fl_str_mv 2020-06-26T19:45:24Z
dc.type.driver.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.local.spa.fl_str_mv Trabajo de Grado
dc.type.coar.none.fl_str_mv http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.redcol.none.fl_str_mv http://purl.org/redcol/resource_type/TP
format http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.identifier.uri.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/20.500.12749/1600
dc.identifier.instname.spa.fl_str_mv instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
dc.identifier.reponame.spa.fl_str_mv reponame:Repositorio Institucional UNAB
url http://hdl.handle.net/20.500.12749/1600
identifier_str_mv instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
reponame:Repositorio Institucional UNAB
dc.language.iso.spa.fl_str_mv spa
language spa
dc.relation.references.spa.fl_str_mv Gandur Adarme, Said Yamil (2016). Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB
[1] Intercambiadores de Calor. O.A Jaramillo. Universidad Naciaonal de México. Noviembre 20, 2007.
[2] Intercambiadores de Calor. Delgado Linares Gregorio. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería Química. Junio 2001.
[3] Guía de Intercambiadores de calor: Tipos generales y aplicaciones. Dosinda Gonzales – Mendizabal. Universidad Simón Bolivar. Marzo 2002.
[4] O.Urresta. “Software para la enseñanza de la dinámica y control de intercambiadores de calor de tubos y coraza”. Universidad del Valle, Escuela de Ingeniería Química A.A. 25360. Cali, Colombia. 2008.
[5] Modelling and Dynamic Feedback Linearisation of a Heat Exchanger Model. M.H.R. Fazlur Rahman and R. Devanathan Sr. MIEEE. School of Electrical and Electronic Engineering. N anyang Technological University. Nanyang Avenue, Singapore 2263. [
[6] Simple models for dynamics and control of heat exchangers. Rahmatallah Shoureshi, Ph.D., Assistant Professor - Henry M. Paynter, Sc.D., Professor. Purdue University - Massachusetts Institute of Technology.
[7] Heat Exchanger's Shell and Tube Modeling for Intelligent Control Design. Dirman Hanafi, Mohd Nor Mohd Than, Abdulrahman A.A. Emhemed, Tatang Mulyana, Amran Mohd Zaid, Ayob Hj. Lohari. Universiti Tun Hussein Onn Malaysia.
[8] Minimax Optimization without second order information. Mark Wrobel. LYNGBY 2003. Eksamensprojekt.
[9] Métodos de Identificación dinámica. Dr. Pedro Arafet Padilla. Dr. Francisco Chang Mumañ. MSc. Miguel Torres Alberto. MSc. Hugo Dominguez Abreu. Universidad de Oriente. Junio 2008.
[10] Ogata, Katsuhiko.Sistemas de control en tiempo discreto. s.l. : Prentice Hall. Segunda edición
[11] Diseño de controladores LQR/LQG para su aplicación en sistemas de pilas de combustible tipo PEM. Ali Niknezhadi, Cristian Kunusch, Carlos Ocampo-Martínez. 2010. Barcelona, España: s.n., 2010.
[12] Universidad de Sevilla. “Control robusto aplicado a NCS”. Capítulo 2.
[13] Osorio Hernandez, Juan Elam Osorio. 2014.automatización del proceso de generación de vapor en la planta piloto de la universidad autonoma de bucaramanga a través de un sistema de control distribuido delta v. Bucaramanga: s.n., 2014.
[14] Hollifield, B. “Effective HMIs for Industrial Plant Operations”, The High Performance HMI Handbook, E.U.A, 2008.
dc.rights.uri.*.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
dc.rights.local.spa.fl_str_mv Abierto (Texto Completo)
dc.rights.accessrights.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons.*.fl_str_mv Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
Abierto (Texto Completo)
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.mimetype.spa.fl_str_mv application/pdf
dc.coverage.spa.fl_str_mv Bucaramanga (Santander, Colombia)
dc.coverage.campus.spa.fl_str_mv UNAB Campus Bucaramanga
dc.publisher.grantor.spa.fl_str_mv Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB
dc.publisher.faculty.spa.fl_str_mv Facultad Ingeniería
dc.publisher.program.spa.fl_str_mv Pregrado Ingeniería Mecatrónica
institution Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
bitstream.url.fl_str_mv https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1600/1/2016_Tesis_Said_Yamil_Gandur_Adarme.pdf
https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1600/2/2016_Tesis_Said_Yamil_Gandur_Adarme.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv f9893c846dda8d950368f79d3cfe2e31
3936226c1c41798056d16aa429bd35bc
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
repository.mail.fl_str_mv repositorio@unab.edu.co
_version_ 1814278325867118592
spelling González Acevedo, Hernando490b15a6-3d80-4525-a9a0-44e34b8f0937-1Gandur Adarme, Said Yamilfcdec31e-be54-4cc3-b7c0-9fe3dffd1ed4-1González Acevedo, Hernando [0000544655]González Acevedo, Hernando [V8tga0cAAAAJ&hl=es]González Acevedo, Hernando [0000-0001-6242-3939]González Acevedo, Hernando [55821231500]González Acevedo, Hernando [Hernando-Gonzalez]Grupo de Investigación Control y Mecatrónica - GICYMGrupo de Investigaciones Clínicas2020-06-26T19:45:24Z2020-06-26T19:45:24Z2016http://hdl.handle.net/20.500.12749/1600instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABreponame:Repositorio Institucional UNABEl objetivo de la propuesta es diseñar e implementar dos estrategias de control avanzado, control óptimo y control robusto, para los siguientes intercambiadores: intercambiador de aletas, intercambiador de cascos y tubos e intercambiador tipo bayoneta, esto con el fin de tener resultados que se acoplen a las expectativas referidas a los intercambiadores de calor previamente mencionados. Los códigos se implementarán en el sistema de control distribuido DeltaV. El proyecto hace parte de la propuesta de investigación “Diseño de controladores avanzados para los procesos térmicos ubicados en el laboratorio de planta piloto” aprobada en la octava convocatoria interna de proyectos de investigación UNAB.TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION................................................................................................................................. 12 OBJETIVOS......................................................................................................................................... 14 OBJETIVO GENERAL....................................................................................................................... 14 OBETIVOS ESPECIFICOS ................................................................................................................. 14 1. INTERCAMBIADORES DE CALOR................................................................................................ 15 1.1. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR SEGÚN SU ESTRUCTURA................................ 16 1.1.1. INTERCAMBIADOR DE CASCOS Y TUBOS................................................................... 16 1.1.2. INTERCAMBIADOR DE ALETAS .................................................................................. 18 1.1.3. INTERCAMBIADOR TIPO BAYONETA ......................................................................... 19 1.2. PRINCIPIOS MATEMÁTICOS DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR................................... 19 1.3. METODO DE OPTIMIZACION DEL MODELO ...................................................................... 21 1.3.1. PROGRAMACIÓN LINEAL SECUENCIAL (SLP)............................................................. 22 1.3.2. FUNCION FMINIMAX................................................................................................. 22 1.4. RESULTADOS DE OPTIMIZACIÓN DEL MODELO DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR 24 1.4.1. INTERCAMBIADOR TIPO BAYONETA ......................................................................... 25 1.4.2. INTERCAMBIADOR DE ALETAS .................................................................................. 29 1.4.3. INTERCAMBIADOR DE CASCOS Y TUBOS................................................................... 31 1.5. MODELO ARMAX............................................................................................................... 33 1.6. MODELO CAJA NEGRA....................................................................................................... 35 1.6.1. INTERCAMBIADOR TIPO BAYONETA ......................................................................... 36 1.6.2. INTERCAMBIADOR DE ALETAS .................................................................................. 37 1.6.3. INTERCAMBIADOR DE CASCOS Y TUBOS................................................................... 39 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL .......................................................................................... 42 2.1. CONTROL PID..................................................................................................................... 42 2.1.1. DISEÑO DEL CONTROLADOR PID............................................................................... 43 2.1.1.1. INTERCAMBIADOR TIPO BAYONETA ................................................................. 45 2.1.1.2. INTERCAMBIADOR DE ALETAS .......................................................................... 46 2.1.1.3. INTERCAMBIADOR DE CASCOS Y TUBOS........................................................... 47 2.2. CONTROL LINEAL CUADRÁTICO GAUSSIANO (LQG).......................................................... 48 2.2.1. DISEÑO CONTROLADOR LQG .................................................................................... 49 2.2.1.1. INTERCAMBIADOR TIPO BAYONETA ................................................................. 52 2.2.1.2. INTERCAMBIADOR DE ALETAS .......................................................................... 54 2.2.1.3. INTERCAMBIADOR DE CASCOS Y TUBOS........................................................... 55 2.3. CONTROL ROBUSTO.......................................................................................................... 57 2.3.1. CONTROL MIXTO 2/ ∞........................................................................................ 58 2.3.1.1. DISEÑO DEL CONTROLADOR ROBUSTO ................................................................ 59 2.3.1.2. INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO BAYONETA ................................................ 60 2.3.1.3. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE ALETAS ......................................................... 63 2.3.1.4. INTERCAMBIADOR DE CASCOS Y TUBOS........................................................... 65 3. IMPLEMENTACION.................................................................................................................... 68 3.1. SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO EMERSON DELTA V............................................... 68 3.2. INTERFAZ HMI ................................................................................................................... 69 3.3. RESULTADOS OBTENIDOS ................................................................................................. 71 3.3.1. INTERCAMBIADOR TIPO BAYONETA ......................................................................... 71 3.3.1.1. CONTROL PID..................................................................................................... 72 3.3.1.2. CONTROL LQG ................................................................................................... 74 3.3.1.3. CONTROL ROBUSTO .......................................................................................... 75 3.3.1.4. INDICES DE ERROR............................................................................................. 77 3.3.2. INTERCAMBIADOR DE ALETAS .................................................................................. 78 3.3.2.1. CONTROL PID..................................................................................................... 79 3.3.2.2. CONTROL LQG ................................................................................................... 80 3.3.2.3. CONTROL ROBUSTO .......................................................................................... 82 3.3.2.4. INDICES DE ERROR............................................................................................. 83 3.3.3. INTERCAMBIADOR DE CASCOS Y TUBOS................................................................... 84 3.3.3.1. CONTROL PID..................................................................................................... 84 3.3.3.2. CONTROL LQG ................................................................................................... 86 3.3.3.3. CONTROL ROBUSTO .......................................................................................... 87 3.3.3.4. INDICES DE ERROR............................................................................................. 89 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................................................................................ 90 BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................................... 93 ANEXO 1. IMPLEMENTACION EN DELTA V DEL CONTROL PID PARA LOS INTERAMBIADORES DE CALOR................................................................................................................................................ 95 ANEXO 2. IMPLEMENTACION EN DELTA V DEL CONTROL LQG PARA EL INTERCAMBIADOR DE CASCOS Y TUBOS............................................................................................................................... 95 ANEXO 3. IMPLEMENTACION EN DELTA V DEL CONTROL ROBUSTO PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR. ......................................................................................................................................... 99PregradoThe objective of the proposal is to design and implement two advanced control strategies, optimal control and robust control, for the following exchangers: fin exchanger, shell and tube exchanger and bayonet exchanger, this in order to have results that are coupled to the expectations regarding the heat exchangers previously determined. The codes will be implemented in the DeltaV distributed control system. 13 The project is part of the research proposal "Design of advanced controls for the thermal processes affected in the pilot plant laboratory" approved in the eighth internal call for UNAB research projects.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDiseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calorOptimum control design and robust control to regulate the temperature of a heat exchangerIngeniero MecatrónicoBucaramanga (Santander, Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronic engineeringHeat exchangersTemperature controlResearchIngeniería mecatrónicaIntercambiadores de calorControl de la temperaturaInvestigacionesGandur Adarme, Said Yamil (2016). Diseño de control óptimo y control robusto para regular la temperatura de un intercambiador de calor. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB[1] Intercambiadores de Calor. O.A Jaramillo. Universidad Naciaonal de México. Noviembre 20, 2007.[2] Intercambiadores de Calor. Delgado Linares Gregorio. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería Química. Junio 2001.[3] Guía de Intercambiadores de calor: Tipos generales y aplicaciones. Dosinda Gonzales – Mendizabal. Universidad Simón Bolivar. Marzo 2002.[4] O.Urresta. “Software para la enseñanza de la dinámica y control de intercambiadores de calor de tubos y coraza”. Universidad del Valle, Escuela de Ingeniería Química A.A. 25360. Cali, Colombia. 2008.[5] Modelling and Dynamic Feedback Linearisation of a Heat Exchanger Model. M.H.R. Fazlur Rahman and R. Devanathan Sr. MIEEE. School of Electrical and Electronic Engineering. N anyang Technological University. Nanyang Avenue, Singapore 2263. [[6] Simple models for dynamics and control of heat exchangers. Rahmatallah Shoureshi, Ph.D., Assistant Professor - Henry M. Paynter, Sc.D., Professor. Purdue University - Massachusetts Institute of Technology.[7] Heat Exchanger's Shell and Tube Modeling for Intelligent Control Design. Dirman Hanafi, Mohd Nor Mohd Than, Abdulrahman A.A. Emhemed, Tatang Mulyana, Amran Mohd Zaid, Ayob Hj. Lohari. Universiti Tun Hussein Onn Malaysia.[8] Minimax Optimization without second order information. Mark Wrobel. LYNGBY 2003. Eksamensprojekt.[9] Métodos de Identificación dinámica. Dr. Pedro Arafet Padilla. Dr. Francisco Chang Mumañ. MSc. Miguel Torres Alberto. MSc. Hugo Dominguez Abreu. Universidad de Oriente. Junio 2008.[10] Ogata, Katsuhiko.Sistemas de control en tiempo discreto. s.l. : Prentice Hall. Segunda edición[11] Diseño de controladores LQR/LQG para su aplicación en sistemas de pilas de combustible tipo PEM. Ali Niknezhadi, Cristian Kunusch, Carlos Ocampo-Martínez. 2010. Barcelona, España: s.n., 2010.[12] Universidad de Sevilla. “Control robusto aplicado a NCS”. Capítulo 2.[13] Osorio Hernandez, Juan Elam Osorio. 2014.automatización del proceso de generación de vapor en la planta piloto de la universidad autonoma de bucaramanga a través de un sistema de control distribuido delta v. Bucaramanga: s.n., 2014.[14] Hollifield, B. “Effective HMIs for Industrial Plant Operations”, The High Performance HMI Handbook, E.U.A, 2008.ORIGINAL2016_Tesis_Said_Yamil_Gandur_Adarme.pdf2016_Tesis_Said_Yamil_Gandur_Adarme.pdfTesisapplication/pdf2508584https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1600/1/2016_Tesis_Said_Yamil_Gandur_Adarme.pdff9893c846dda8d950368f79d3cfe2e31MD51open accessTHUMBNAIL2016_Tesis_Said_Yamil_Gandur_Adarme.pdf.jpg2016_Tesis_Said_Yamil_Gandur_Adarme.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6586https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1600/2/2016_Tesis_Said_Yamil_Gandur_Adarme.pdf.jpg3936226c1c41798056d16aa429bd35bcMD52open access20.500.12749/1600oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/16002024-01-21 10:36:18.98open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.co

Publicaciones similares