Prototipo para evaluar el error de linealización en un sistema de dos tanques interconectados en forma interactiva
En las aplicaciones prácticas de sistemas control, es necesario desarrollar el modelo linealizado del proceso para facilitar el uso de herramientas clásicas, como la transformada de Laplace y la Función de Transferencia. La linealización se consigue seleccionando un punto de referencia para la condi...
- Autores:
-
Vega Puentes, Carlos Andrés
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2014
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/1439
- Palabra clave:
- Energy engineering
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Analysis
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Prototype design
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En las aplicaciones prácticas de sistemas control, es necesario desarrollar el modelo linealizado del proceso para facilitar el uso de herramientas clásicas, como la transformada de Laplace y la Función de Transferencia. La linealización se consigue seleccionando un punto de referencia para la condición normal de funcionamiento del sistema de control. El modelo linealizado permite analizar condiciones de funcionamiento del sistema de control, para la relación entrada-salida. Una vez que se desarrolla el modelo linealizado del proceso en un sistema control, existe una limitación en su aplicación en cuanto al cambio máximo que se puede permitir en su entrada , para que obtener un valor de la salida , cercano al valor real del modelo físico. Un caso típico es el de dos tanques interconectados en forma interactiva, donde las desviaciones en el caudal de entrada pueden originar errores en los valores calculados de los cambios de nivel en los tanques, que se salen de los rangos aceptados comúnmente en el análisis y diseño de los sistemas de control, en aplicaciones industriales. En este sentido, el presente proyecto permitirá evaluar la magnitud de estos errores y su efecto en la acción final de control, mediante una estrategia especial de simulación en SIMULINK de MATLAB. |
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1. Linealización de sistemas dinámicos no lineales. 2. Ingeniería en automatización y control industrial. Control automático 1. Problema resuelto de linealización. 12 de marzo de 2.003. Universidad Nacional de Quilmes. 3. International Society of Automation –ISA – Colombia Section. Documentación para control e instrumentación basada en normas ISA. Ingeniero Paulo Vergara, ISA 84, SIS EXPERT. 4. Fundamentos de Instrumentación y Control de Procesos con aplicaciones en MATLAB. Libro de texto en proceso de edición. Universidad Autónoma de Bucaramanga. Carlos Alberto Rey Soto, 2.014. 5. Medición de nivel y caudal por ultrasonido. Josey Avilés Espinoza, alumno Ingeniería Civil Electrónica. Universidad Técnica Federico Santa María. 6. Guía para el cálculo de válvulas. Samson S.A. Técnica de medición y regulación. Agosto 2.012. www.samson.es 1. http://www.mankenberg.de/es/77/UPLOAD/pdf/s33_5.pdf 2. http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-completo-instrumentacion-industrial/item/227-ejemplo-paso-a-paso-como-dimensionar-una-v%C3%A1lvula-de-control.html 3. http://www.samson.de/pdf_in/t00040es.pdf 4. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/accesorioshidraulicos/valvulas/valvulas.html 5. http://www.ingenieriarural.com/Hidraulica/PresentacionesPDF_STR/Valvulas-1.pdf 6. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/accesorioshidraulicos/usoyclasificvalvulas/usoyclasifvalvulas.html |
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Una vez que se desarrolla el modelo linealizado del proceso en un sistema control, existe una limitación en su aplicación en cuanto al cambio máximo que se puede permitir en su entrada , para que obtener un valor de la salida , cercano al valor real del modelo físico. Un caso típico es el de dos tanques interconectados en forma interactiva, donde las desviaciones en el caudal de entrada pueden originar errores en los valores calculados de los cambios de nivel en los tanques, que se salen de los rangos aceptados comúnmente en el análisis y diseño de los sistemas de control, en aplicaciones industriales. En este sentido, el presente proyecto permitirá evaluar la magnitud de estos errores y su efecto en la acción final de control, mediante una estrategia especial de simulación en SIMULINK de MATLAB.TABLA DE FIGURAS 5 TABLA DE TABLAS 7 Capítulo 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 8 1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 8 1.2. OBJETIVO GENERAL 8 1.3. OBJETIVOS ESPECIFICOS 9 1.4. IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN 9 1.5. ALCANCE Y DELIMITACION DEL TRABAJO 10 Capítulo 2. FUNDAMENTACION BIBLIOGRAFICA 11 2.1. MEDICIÓN DE NIVEL 11 1.1.1. Instrumentos de medida directa 12 1.1.2. Instrumentos basados en la presión hidrostática o fuerza 15 1.1.3. Instrumentos basados en métodos electromecánicos 18 1.1.4. Instrumentos basados en características eléctricas del líquido 20 1.1.5. Medición y detección de nivel por ultrasonidos 24 2.2. MEDICIÓNDE FLUJO 26 2.2.1. Medidores volumétricos 26 2.3. VÁLVULAS 42 2.3.1. Válvula de control 43 Capítulo 3. DISEÑO DEL PROTOTIPO 60 3.1. DETALLES DE CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO 60 3.2. DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACION 63 3.2.1. Diagrama de flujo del proceso (PFD) 63 3.2.2. Diagrama de instrumentación y control (P&ID) 63 3.3. SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACION 64 3.3.1. LISTA DE INSTRUMENTOS 64 3.3.2. Dimensionamiento de la válvula 65 3.3.3. Calculo del coeficiente de caudal (CV y KV) para la válvula de control proporcional de flujo para el tanque de entrada y para el tanque de salida 66 3.3.4. Calculo del coeficiente de caudal (CV y KV) para la válvula de control solenoide para la interconexión de los 2 tanques 67 3.3.5. HOJA DE DATOS (DATA SHEETS) 70 3.4. MÉTODOS DE LINEALIZACIÓN 73 3.4.1. Linealización sistema SISO 73 3.4.2. Linealización modelo MIMO 74 Capítulo 4 DESARROLLO DEL MODELO DINÁMICO DE LOS DOS TANQUES Y DE LAS VÁLVULAS UTILIZADAS PARA LA REGULACIÓN DEL FLUJO DE AGUA 76 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 86 BIBLIOGRAFIA 87 ANEXOS 88 Anexo 1. Data sheets Medidor de caudal Siemens MAG 5100 W 88 Anexo 2. Data sheets sensor ultrasonico de nivelsiemensPointek ULS200 90 Anexo 3. Data sheets eletroválvula solenoide servoaccionadas de 2/2 vias modelo EV220B 15-50 conexión NPT 92 Anexo 4. Data sheets Válvula control proporcional de dos vias seria KLA SPIRA-TROL 99 Anexo 5. Data sheets Actuador neumático para la válvula de control proporcional Serie PN 3500 109 Anexo 6. Data sheets Actuador eléctrico para la válvula de control proporcional Lineales serie EL5600 112PregradoIn practical applications of control systems, it is necessary to develop the linearized model of the process to facilitate the use of classical tools, such as the Laplace transform and the Transfer Function. Linearization is achieved by selecting a reference point for the normal operating condition of the control system. The linearized model allows analyzing operating conditions of the control system, for the input-output relationship. Once the linearized model of the process is developed in a control system, there is a limitation in its application in terms of the maximum change that can be allowed in its input, in order to obtain an output value close to the real value of the physical model. A typical case is that of two interactively interconnected tanks, where deviations in the inlet flow can cause errors in the calculated values of changes in level in the tanks, which are outside the ranges commonly accepted in analysis and design of control systems in industrial applications. In this sense, the present project will allow evaluating the magnitude of these errors and their effect on the final control action, through a special simulation strategy in SIMULINK of MATLAB.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 ColombiaPrototipo para evaluar el error de linealización en un sistema de dos tanques interconectados en forma interactivaPrototype to evaluate linearization error in a system of two interconnected tanks interactivelyIngeniero en EnergíaBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringControl systemsLinearization methodsInvestigationsAnalysisControl systemsPrototype designLineation errorIngeniería en energíaSistemas de controlMétodos de linealizaciónInvestigacionesAnálisisSistemas de controlDiseño de prototiposError de lineaciónVega Puentes, Carlos Andrés (2014). Prototipo para evaluar el error de linealización en un sistema de dos tanques interconectados en forma interactiva. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB1. Linealización de sistemas dinámicos no lineales.2. Ingeniería en automatización y control industrial. Control automático 1. Problema resuelto de linealización. 12 de marzo de 2.003. Universidad Nacional de Quilmes.3. International Society of Automation –ISA – Colombia Section. Documentación para control e instrumentación basada en normas ISA. Ingeniero Paulo Vergara, ISA 84, SIS EXPERT.4. Fundamentos de Instrumentación y Control de Procesos con aplicaciones en MATLAB. Libro de texto en proceso de edición. Universidad Autónoma de Bucaramanga. Carlos Alberto Rey Soto, 2.014.5. Medición de nivel y caudal por ultrasonido. Josey Avilés Espinoza, alumno Ingeniería Civil Electrónica. Universidad Técnica Federico Santa María.6. Guía para el cálculo de válvulas. Samson S.A. Técnica de medición y regulación. Agosto 2.012. www.samson.es1. http://www.mankenberg.de/es/77/UPLOAD/pdf/s33_5.pdf2. http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-completo-instrumentacion-industrial/item/227-ejemplo-paso-a-paso-como-dimensionar-una-v%C3%A1lvula-de-control.html3. http://www.samson.de/pdf_in/t00040es.pdf4. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/accesorioshidraulicos/valvulas/valvulas.html5. http://www.ingenieriarural.com/Hidraulica/PresentacionesPDF_STR/Valvulas-1.pdf6. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/accesorioshidraulicos/usoyclasificvalvulas/usoyclasifvalvulas.htmlORIGINAL2014_Tesis_Carlos_Andrés_Vega_Puentes.pdf2014_Tesis_Carlos_Andrés_Vega_Puentes.pdfTesisapplication/pdf7623103https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1439/1/2014_Tesis_Carlos_Andr%c3%a9s_Vega_Puentes.pdfc1b01ade65bf01c79628c8cd36666b74MD51open accessTHUMBNAIL2014_Tesis_Carlos_Andrés_Vega_Puentes.pdf.jpg2014_Tesis_Carlos_Andrés_Vega_Puentes.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7163https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1439/2/2014_Tesis_Carlos_Andr%c3%a9s_Vega_Puentes.pdf.jpg6c63e9e7cd3f4307b8752b028c280217MD52open access20.500.12749/1439oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/14392024-01-21 11:22:39.819open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.co |