PQI-2407 Controle de Processos da Indústria Química Exercícios Lista 1

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1 PQI-2407 Controle de Processos da Indústria Química Exercícios Lista 1 1- Apresente as vantagens de uma casa de controle centralizada. Você vê alguma desvantagem? 2- Considere os sistemas representados na figura abaixo: (a) (b) (c) (d) -Explique qualitativamente a relação entre as variáveis manipulada e controlada em cada um dos sistemas. -Explique se a válvula de controle deve abrir ou fechar para aumentar o valor da variável controlada. -Identifique possíveis perturbações que podem afetar a variável controlada. 3)- O projeto preliminar de processo produziu os esquemas representados na figura abaixo. As principais variáveis a serem controladas no processo são: processo (a) vazão, temperatura, composição e pressão; processo (b) composição, temperatura e nível de líquido no reator CSTR. Em ambos os processos ocorrem distúrbios na temperatura e composição da alimentação. Responda às seguintes perguntas para ambos os processos: -Determine que sensores e elementos finais são necessários para o controle das principais variáveis. Represente esses instrumentos no diagrama de processo. -Selecione os pares (manipulada, controlada) para cada uma das malhas de controle sugeridas.

2 (a) (b) 4) Nos sistemas esquematizados abaixo, verifique se todas as malhas de controle vão funcionar adequadamente. Explique como será o comportamento dessas malhas. (a) Controle de nível (b) Controle de nível (c) Controle de composição sem reação (d) Controle de temperatura 5) Um tanque fechado de volume V constante é usado para aquecer uma corrente líquida que tem vazão mássica w e temperatura T i variáveis. O fluxo de calor Q será manipulado pelo sistema de controle.

3 Considere para esse sistema, o seguinte modelo baseado no balance de energia d[ ρ VCp T( t)] = wt () CpT() t + wt () CpTi + Qt () dt Desenvolva um modelo para ser usado no projeto do controlador que descreva a temperatura de saída ao longo do tempo. Obs: considerar que V (volume), ρ (densidade) e C p (calor específico) são constantes e conhecidos. 6) Um tanque perfeitamente agitado, com volume de líquido V constante, tem duas correntes de alimentação. A corrente 1 tem vazão mássica w 1 e temperatura T 1 variáveis. A corrente 2 tem temperatura T 2 constante e vazão mássica w 2 que deve ser manipulada pelo controlador da temperatura T do tanque. Montar o modelo dinâmico (equação diferencial linear com coeficientes constantes) que será ser usado no projeto do controlador. Quais são as perturbações para essa malha de controle? Assumir que as densidades e calores específicos de todas as correntes envolvidas são iguais e constantes. A perda de calor para o ambiente é desprezível.

4 7) Dois tanques são conectados conforme a figura abaixo: Pretende-se controlar o nível h 1 de líquido no primeiro tanque manipulando-se a vazão volumétrica de entrada F 1 nesse tanque. Para tal, precisamos de um modelo dinâmico que relaciona essas duas variáveis. O fluxo através de cada uma das válvulas indicadas na figura obedece à equação: F = KΔh onde Δh é a perda de carga (em coluna de líquido) na válvula. Podemos considerar que a densidade é a mesma para todas as correntes. 8) No reator CSTR isotérmico representado abaixo, temos a reação A B com uma taxa de reação r = kc A Nesse reator, queremos controlar a concentração C A do componente A na saída do reator. Para tal, montar o modelo do reator e identificar a possível variável manipulada e a perturbação. Para esse modelo, indicar as não linearidades admitindo que: (a) O volume V é constante (b) O volume V é variável Nesse segundo caso, que outra equação deve ser acrescentada ao modelo para permitir o controle do volume de líquido (nível) no reator? 2 9) Repetir o exercício anterior considerando uma cinética não-linear ( r = kc A ). Obter o modelo linearizado para o reator com essa cinética considerando F 0 é constante.

5 10) Para o sistema representado abaixo, queremos montar um modelo linearizado para estudar o efeito de uma variação na abertura da válvula de controle. Montar o modelo considerando: F1 = k1 h1, F2 = k2 h2 e F3 = k3x onde k 1, k 2 e k 3 são constantes e x é a abertura da válvula.