TIPOS DE CONTROL II

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO POLITECNICO SANTIAGO MARIÑO
MATURIN EDO MONAGAS
Profesor: Bachiller:
Mariangela Pollonais Luis Canales
Tipos de control

Evolución del control con intercambiadores de
calor
A principios de los años veinte, en la industria se inició la aplicación de
temperaturas de proceso, presiones, reactivos y otras condiciones, que estaban
más allá de las características de los materiales existentes en esos días.

Intercambiadores de calor
Un intercambiador de calor es un dispositivo donde ocurre una transferencia de
calor entre dos fluidos, esta transferencia va desde un cuerpo caliente a un
cuerpo frio y cesa cuando se alcanza el equilibrio térmico.
Un ejemplo típico es una unidad de proceso de una Planta Industrial Química.
Su objetivo es modificar la temperatura de un determinado caudal de fluido
(generalmente líquido), por contacto indirecto con otro fluido que cederá o
absorberá calor, según sea el caso.

Esquema de un proceso con intercambiadores
de calor

Ecuación de un proceso con intercambiadores de
calor
si consideramos que el vapor abandona el serpentín a la temperatura de
condensación la ecuación es la siguiente:
W· lw = q · r · cp · (T2-T1)
Donde:
W = Flujo másico del vapor de agua (Kg/h)
lw = Calor latente de vaporización del vapor de agua en las condiciones de
trabajo (Kcal/kg)
q = Caudal volumétrico del líquido (m3/h)
r = Densidad del líquido (Kg/m3)

Ecuación de un proceso con intercambiadores
de calor
Cp = Calor específico del líquido (Kcal/Kg ºC)
T2 = Temperatura del líquido de salida (ºC)
T1 = Temperatura del líquido de entrada (ºC)
Además son necesarios otros cálculos, como el de la superficie de contacto
del serpentín.

Lazo de control en un sistema con intercambiadores
de calor
El Sistema de Control Automático de temperatura o “Lazo de Control” consta de los
siguientes instrumentos:
a) Transmisor de temperatura, que consta de la sonda o sensor y del cable eléctrico
que transmite una señal de pequeña intensidad de corriente, de 4 a 20 mA.
b) Controlador de temperatura, que realiza la función de comparación de la señal
proveniente del transmisor con el valor correspondiente a la señal que da el
valor deseado de T2.

Lazo de control en un sistema con
intercambiadores de calor
c) Transductor electro-neumático, que cambia la escala de la respuesta del controlador
de electrónica a neumática, es decir, de presión de aire de 3 a 15 p.s.i., a libras/pulgada
cuadrada.
d) El actuador del la válvula, que consiste en un Servomotor Neumático, preparado para
modificar la posición de apertura o cierre de la válvula en función del valor de la
presión de aire recibida.

1.- Transmisor de Temperatura
2.- Controlador de Temperatura
3.- Transductor electro-neumático
4.- Servomotor Neumático

Equipos involucrados en el control con intercambiadores
de calor
De acuerdo con la dirección de los fluidos.
Contraflujo: donde los fluidos fluyen en sentido contrario a través del IC.
Paralelo: los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos
presentan una diferencia de temperatura significativa.
Cruzado: uno de los fluidos fluye de manera perpendicular al otro fluido, esto es, uno
de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos
formando un ángulo de 90.

Equipos involucrados en el control con
Según su construcción.
Tubo y coraza: consiste en un conjunto de tubos en un contenedor
llamado carcasa. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina
comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor
como fluido externo de la carcasa por las placas del tubo.
Platos: consiste en placas en lugar de tubos para separar a los dos fluidos
caliente y frío. Los líquidos calientes y fríos se alternan entre cada una de
las placas y los bafles dirigen el flujo del líquido entre las placas.

Adiabático: utiliza un fluido intermedio o tienda solido para mantener el calor,
que se mueve entonces hacia el otro lado del intercambiador de calor para ser
liberados.
Placas de aleta: contiene aletas para aumentar la efectividad de la unidad.
Placas de almohadas: permite enfriar a través de casi toda la superficie del
tanque. Se utiliza comúnmente en la industria láctea.
De fluidos: es un IC con un gas que pasa hacia arriba a través de una ducha de
liquido (a menudo agua), y el liquido se toma en otro lugar antes de ser
enfriado. se utiliza en maquinas de café express.

De acuerdo a la forma de transferencia de calor.
Contacto indirecto: El IC tiene lugar a través de una superficie no habiendo
mezcla.
Contacto directo: El intercambio térmico va acompañado de intercambio
másico.
Cambio de fase: pueden ser evaporadores o condensadores. En síntesis estos
dispositivos permiten remover calor de un punto a otro de manera específica
en una determinada aplicación.

Técnicas de control aplicadas al control de
Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes nombres:
Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar dos fluidos.
Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores.
Enfriador: Enfría un fluido por medio de agua.

Técnicas de control aplicadas al control de
Calentador: Aplica calor sensible a un fluido.
Re hervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona
el calor de re ebullición que se necesita para la destilación. (Los hay de
termosifón, de circulación forzada, de caldera, etc.)
Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido.

Clasificación de los equipos involucrados en el
control con intercambiadores de calor
Intercambiadores de contacto directo: son aquellos dispositivos en los que
los fluidos sufren una mezcla física completa.
Intercambiadores de contacto indirecto:
Alternativos: ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma alternada, la
mezcla entre los fluidos es despreciable.
De superficie: son equipos en los que la transferencia de calor se realiza a
través de una superficie, cilíndrica o plana, sin permitir el contacto directo.

Perturbaciones mas importantes que pueden
intervenir en el control con intercambiadores de
calor
Las perturbaciones más comunes en intercambiadores de calor, son:
a) La presión de vapor.
b) La temperatura de entrada.
c) El caudal de entrada.
d) El titulo del vapor.

Control de PH
El pH es una magnitud de mucha importancia en un sinnúmero de procesos
biotecnológicos, como por ejemplo en la neutralización de desperdicios alimenticios.
También ha cobrado gran relevancia en la minería y en el control de la contaminación,
como es el caso de la neutralización de desechos industriales. El control de esta variable es
en general difícil de realizar debido a la dependencia altamente no lineal entre los
reactivos que ingresan al sistema y el pH que se establece. Esta no linealidad ya aparece
en la definición, puesto que log( ) + pH = − H .

MODELO DEL PROCESO
Modelo del reactor
Para realizar la modelación, se recurre a la ecuación del equilibrio de masa; además,
considerando el tanque de agitación continuo mostrado en la figura, se obtiene el balance
másico representado en la ecuación.
Donde:
• ( r ) Tasa de remoción de primer orden. Por lo general esta tasa de
remoción es generada por transferencia térmica, que en el caso de
estudio es despreciable, ya que la pérdida de materia por transferencia
de calor es
insignificante en comparación con el flujo de transmisión.
Por lo tanto r = 0
• (V) Volumen del reactor (puede incluir tubería). [L]
• (Ji) Flujo másico. [ m s Kg 2 ]
• (Ai) Área de tuberías. [ m2 ]
•(y∂/∂t) Es la variación de la concentración (Acumulación).[Kg/Ls]
(1)

Modelo del reactor
Para que el sistema quede en función de las variables por manipular, se remplazan las
unidades de la siguiente forma:
𝐽1𝐴1 = 𝐹 ∗ 𝑎 (2)
𝐽2𝐴2 = 𝑈 ∗ 𝑏 (3)
𝐽3𝐴3 = 𝐹 + 𝑈 ∗ 𝑌 (4)
Donde:
• (F) Caudal de la solución ácida (entrada de la planta).[L/s]
• (U) Caudal de la solución básica (variable manipulada).[L/s]
• ( a ) Concentración de la sustancia ácida.[Kg./L]
• ( b ) Concentración de la sustancia básica.[Kg./L]
Desarrollando la operación se obtienen unidades consistentes:
𝐽 ∗ 𝐴 = 𝐹 ∗ 𝑎
𝐾𝑔
𝑚2 𝑠
∗ 𝑚2 =
𝐿
𝑆
∗
𝐾𝑔
𝐿
𝐾𝑔
𝑠
=
𝐾𝑔
𝑠

Modelo del reactor
Aplicando la transformada de Laplace a las ecuaciones (2), (3) y (4) y mediante
manipulaciones algebraicas se obtiene:
Que es la función de transferencia del sistema representado por
el diagrama de bloques:
(5)

Modelo químico de la rata de concentración

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