esca - l14 - sisteme de reglare a presiunilor.pdf

8/17/2019 ESCA - L14 - Sisteme de reglare a presiunilor.pdf

1/7

Lucrarea 14

STUDIUL REGL!RII AUTOMATE A PRESIUNILOR

1. Obiectul lucr"rii const! în studiul construc"iei, func"ion!rii #i acord!rii parametrilor unor sisteme de reglare automat! a presiunii (SRAP).

2. Instala#ii în care apare necesitatea regl"rii presiunii

Într-o serie de instala"ii tehnologice ca: re"ele de distribuirea gazelor #i a apei,coloane de frac"ionare, procese de separare, cazane cu abur, cuptoare industriale înc!lzite

cu combustibil lichid sau gazos, etc., se impune fie men"inerea constant! a presiunii într-oanumit! zon! a instala"iei, fie asigurarea unei dependen"e dorite fa"! de un alt parametrutehnologic.

Starea termodinamic! a unui sistem poate fi definit! cu ajutorul presiunii (p),entalpiei (i) #i volumului (V). Dac! este prezent! numai faza gazoas!, presiunea #i volumulsunt invers propor "ionale, entalpia jucând un rol relativ minor. Entalpia depinde în specialde temperatur !.

Dac! îns! vaporii se afl! în echilibru cu faza lichid! respectiv!, o varia"ie aentalpiei sistemului va produce #i o varia"ie pronun"at! a presiunii, în timp ce varia"iile devolum au un efect mai redus.

În plus, lichidele sunt virtual incompresibile #i ca urmare nici presiunea #i nicientalpia nu au o influen"! mare asupra sistemului.

Deci presiunea este o m!rime de stare în srtâns! dependen"! cu alte m!rimi destare: entalpia #i volumul.

Aspectele mai sus men"ionate stau la baza m!sur !rii #i regl!rii presiunilor îndiverse instala"ii tehnologice complexe cum sunt de exemplu instala"iile de cazane,degazoare termice, reactoare chimice, etc., unde prin intermediul m!sur !rii #i regl!rii

presiunii se ac"ioneaz! fie asupra con"inutului de material (volum specific), fie asupracon"inutului de energie (entalpia) din sistem. Rezult! c! presiunea poate fi reglat! fie prinmodificarea debitelor admise sau evacuate, fie prin modificarea unui schimb de c!ldur !.

În cele ce urmeaz! se fac referiri numai la problemele regl!rii presiunii într-un vastehnologic (VT) cu volum dat, respectiv la realizarea unei presiuni într-un anumit punct alunei re"ele de distribu"ie (de exemplu presiunea combustibilului la ie#irea dintr-un arz!toretc.).

2.1. Reglarea presiunii într-un vas tehnologic

De obicei, un vas tehnologic în care ne intereseaz! evolu"ia presiunii poate ficaracterizat prin intermediul elementelor puse în eviden"! în fig.$, unde: ρ$, ρ sunt densit!"i;

p$, p, p2 sunt presiuni; i$,i sunt entalpii; qi, qe sunt debite masice;h$, h2 sunt curselerobinetelor; V este volumul vasului.

Debitele qi #i qe, care trec prin robinetele respective (RR $ #i RR 2), depind de oserie de m!rimi fizice, pe baza unor func"ii neliniare f $ #i f 2:


2/7

Iosif Olah, Lucian Mastacan, Corneliu Laz!r

158

q f p i h p

q f p i h pi i

e

=

=

$ $ $ $

2 2 2

( , , , );

( , , , ).

($)

Fig.$. Vase tehnologice

Evident, presiunea p, dinvasul tehnologic, de volum Vconstant, depinde de debitelerespective #i de vitezele devaria"ie ale acestora.

Regimul sta"ionar al presiunii are loc când cele dou!

debite devin egale, deci:f p i h p f p i h pi$ $ $ $ 2 2 2( , , , ) ( , , , ).= (2)

Dac! în acest regim, mediul vehiculat nu prime#te c!ldur ! din exterior, atunci maiare loc #i egalitatea entalpiilor

i i$ = , (3)

deoarece mediul sosit în vasul tehnologic, având temperatura constant!, împrosp!teaz! mediul aflat în vas #i asugur ! men"inerea unei temperaturi constante, procesul putând ficonsiderat izoterm.

Modificarea oric!rui parametru din rela"ia (2) conduce la perturbarea st!rii deechilibru, declan#ând un regim tranzitoriu, de varia"ie a presiunii din vas.

Regimul dinamic respect! ecua"ia de conservare a masei:

q t q t

dm t

dti e( ) ( )

( )

,− =

(4)unde: m(t) este masa mediului din recipient (gaz, lichid).

Pe de alt! partem t V t( ) ( ),= ρ

(5)

unde: ρ(t) este densitatea care se modific! atât la varia"ia presiunii cât #i la varia"iatemperaturii, deci:

ρ ρ( ) ( , , )t p i t=

(6)

Avându-se în vedere un proces izoterm, din legea gazelor rezult!:

pVm

MRT=

(7)

#i "inând seama de (5), se ob"ine:

ρ ρ( ) ( )t p

p t= 00

(8)

unde: ρ0 #i p0 reprezint! valorile sta"ionare ale densit!"ii #i presiunii.

În consecin"! din (5) #i (8):

m t V p

p t( ) ( ).= 0

0ρ

(9)


3/7

ESCA – Sisteme de reglare a presiunilor

159

%inând seama de caracterul neliniar al rela"iilor ($), în vederea deducerii modeluluimatematic al unui asemenea obiect reglat, se recurge la liniarizarea rela"iei (4) în jurul unui

punct nominal de func"ionare. În urma opera"iilor de centrare, normare #i parametrizare,rezult! un model matematic sub forma:

Tdy t

dty t K u t K u t K u t K u t

( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )+ = + + +$ $ 2 2 3 3 4 4

($0)

unde: y(t)=∆ p(t)/p0 este variabila de ie#ire adimensional!, centrat! #i normat!,

u$(t), u2(t), u3(t), u4(t) - sunt variabilele de intrare adimensionale centrate #i

normate,

u th

h hu t

h

h hu t

p

pu t

p

p$

$

$ $2

2

2 23

$

$04

2

20( ) , ( ) , ( ) , ( )

max min max min

=−

=−

= =∆ ∆ ∆ ∆

.

K $, K 2, K 3, K 4 - reprezint! sensibilit!"ile canalelor de leg!tur ! intrare-ie#ire,adimensionale.

În consecin"! schema bloc a unei asemenea instala"ii tehnologice apare sub formadin fig.2.

Fig.2. Schema bloc a unui vas tehnologic

Adoptarea m!rimii deexecu"ie (din cele patru luateîn considerare) se face pe

baza unor criterii tehno-logicede func"ionalitate.Ca urmare în practic! s-aur !spândit dou! metode dereglare a presiunii:

prin intermediul robinetuluiRR $, sau prin intermediulrobinetului RR 2.

• În primul caz, se impune realizarea unei presiuni constante în vasul tehnologic, pe seama debitului de intrare qi(t), (deci m!rimea de comand! este u$) când debitul de ie#ireqe(t) poate varia liber în func"ie de necesit!"ile consumatorilor (sisteme de reglare a

presiunii cu reducere - fig.3.a). Aceast! modalitate de reglare se întâlne#te, de exemplu, încazul regl!rii presiunii combustibilului gazos ai mai multor consumatori, reglare presiunii înre"elele de ap! potabil!, reducerea presiunii aburului etc.

Deoarece, în vasul tehnologic presiunea r !mâne constant!, datorit! buclei dereglare, varia"ia pierderilor de presiune de dup! vasul tehnologic nu au nici o influen"! asupra debitului prin RR $.

De asemenea, se remarc! faptul c!, datorit! dependen"ei p!tratice dintre debit #i

pierderile de presiune, un asemenea subansamblu, RR + obiect reglat, are o comportareneliniar !. În cazul vehicul!rii lichidelor numai RR cu caracteristici intrinseci logaritmiceasigur ! o func"ionare aproape liniar ! a ansamblului. Folosirea RR cu caracteristici intrinseciliniare duce la varia"ii inadmisibile ale factorului de transfer.

În cazul vehicul!rii gazelor #i a unor vase tehnologice cu volum mare constanta detimp devine apreciabil!, aceasta putându-se estima prin :


4/7


160

TV

Q

L

vs≈ =2 2 [ ]

unde:- V este volumul vasului tehnologic; Q - debitul volumic; L - lungimea conductei;

v - viteza fluidului.

a. b.

Fig.3. Metode de reglare a presiunii

• În cel de-al doilea caz se impune realizarea unei presiuni constante în vasultehnologic, iar debitul de ie#ire ac"ioneaz! ca m!rime de execu"ie (m!rimea de comand! fiind u2), nefiind dictat de consumatori. Aceast! metod! (numit! reglarea suprapresiunii) seaplic! în coloane de frac"ionare, în reactoare chimice etc. Este evident c!, în acest caz,

pierderile de presiune de dup! RR 2 influen"eaz! debitul prin RR 2 deci ac"ioneaz! ca m!rimi perturbatoare. Avându-se în vedere cele precizate, #i utilizându-se echipamente unificate,schema bloc a regl!rii presiunilor are aspectul din fig.4.

Fig.4. Schema bloc a regl!rii presiunii


5/7


161

Schema con"ine elementele de baz! ale unei bucle de reglare, dar s-a pus îneviden"! #i linia de leg!tur ! (LL). În cazul echipamentelor de automatizare electronice LLnu introduce efecte negative, dar în cazul echipamentelor pneumatice #i hidraulice se cerluate în eviden"! efectele acestora, deoarece acestea introduc întârzieri suplimentare întransmiterea informa"iei.

Performan"ele SRAP pot fi foarte înalte deoarece factorul de amplificare alleg!turii directe poate fi crescut mult f !r ! a afecta stabilitate sistemului, obiectul reglat fiindcu autostabilizare.

În mod obi#nuit se recomand! BP% = 4-5%.Când se utilizeaz! un regulator PI, se recomand! un timp de integrare:

T V Qi ≈ ρ

00 .

În foarte multe aplica"ii utilizarea regulatoarelor neliniare, bipozi"ionale cu ac"iunedirect! (presostate), conduc la rezultate acceptabile.

3. Chestiuni de studiat

- elementele componente ale buclelor de reglare a presiunilor;- amplasarea acestor elemente;- func"ionarea buclelor de reglare;- acordarea regulatoarelor pentru asemenea bucle de reglare.

4. Modul de lucru În laborator se vor studia dou! sisteme de reglare a presiunii.

4.1. Sistem de reglare a presiunii cu ac#iune continu" Schema instala"iei din laborator este prezentat! în fig. $$ (lucrarea $3). Instala"ia

permite studiul experimental al regl!rii nivelului #i, respectiv, al presiunii.În acest scop instala"ia con"ine un model pneumatic al instala"iei tehnologice

(MIT), cu schema din fig.5.

Fig.5. Model de instala"ie tehnologic!

Pentru experimen-tarea buclei de reglare a

presiunii se fac leg!turile2-0, prin care, regulatorul

pneumatic R (de tipulF-AB), comutatorul localCL (de tipul F-YB) #ielementul de execu"ie

pneumatic EE2 suntconectate în bucl! dereglare cu MIT.

În ceea ce prive#te MIT din fig.5, aceasta se compune din dou! rezistan"e pneumatice reglabile R $ #i R 2 #i dou! capacit!"i pneumatice fixe C$ #i C2.


6/7


162

Legând între ele bornele $...8, în diverse moduri, #i avându-se în vedere posibilitatea modific!rii în limite largi a valorilor rezistan"elor pneumatice reglabile, rezult! o familie larg! de caracteristici dinamice, realizabile cu modelul prezentat. Modelulfunc"ioneaz! la presiunea aerului instrumental de 0...$ bar.

În vederea punerii în func"iune a instala"iei se vor efectua urm!toarele opera"ii:- Verificarea aspectului exterior, respectiv al st!rii aparatelor #i a conexiunilor

electrice #i pneumatice;- Se fac conexiunile pneumatice la MIT pentru simularea fizic! a procesului;- Se execut! conexiunile pneumatice 0-2 de pe panoul frontal al instala"iei;- Se trece comutatorul CL #i regulatorul F-AB pe pozi"ia "Manual" #i se deschide

ventilul de reglare EE2

, care este normal deschis;- Preg!tirea aliment!rii pneumatice se realizeaz! prin racordarea la compresor a

furtunului de alimentare, cu R 3 deschis. În vederea purj!rii instala"iei se deschid robinetelede purjare, montate în partea inferioar ! a filtrelor - reductor R $ #i R 2 #i apoi se porne#tecompresorul. Cu ajutorul rozetelor robinetelor R $ #i R 2 se regleaz! valorile dorite ale

presiunilor: $,4 respectiv $ bar;- Alimentarea electric! se realizeaz! prin introducerea fi#ei corespunz!toare în priza de

220 V c.a. #i prin închiderea întrerup!torului cu inscrip"ia "Re"ea";- În vederea identific!rii comport!rii dinamice a MIT se verific! dac! V p2 este închis

apoi se cupleaz! VE (normal închis), provocând în acest fel o varia"ie în trept! a m!rimii deintrare; peni"a verde a înregistratorului F-RB, înregistraz! m!rimea de intrare, iar peni"aro#ie m!rimea de ie#ire;

- În vederea identific!rii procesului de reglare în bucla închis!, cu ventilul

electromagnetic VE cuplat, se trec pe pozi"ia "Automat" atât regulatorul F-AB cât #icomutatorul F-YB;- Pentru a asigura referin"a intern! a regulatorului F-AB, comutatorul CPIE se trece pe

pozi"ia I - ap!sat (opera"ie realizabil! numai dac! CAM este pe pozi"ia M - ap!sat).- Se urm!re#te comportarea buclei de reglare pentru diverse valori ale parametrilor

acordabili, la varia"ia referin"ei #i la varia"ia perturba"iei (ce se aplic! prin deschidereaventilului V p2).

4.2. Sistem de reglare a presiunii cu ac#iune discontinu"

Instala"ia din laborator con"ine standul prezentat în lucrarea 2 (fig.$2), utilizat caobiect reglat, la care au fost ad!ugate: un regulator bipozi"ional ELX $76 (vezi lucrarea 4)care, prin intermediul contactelor sale (d$ sau d2) #i al unui contactor K, comand! motorul

de antrenare M al compresorului C, racordat la stand prin intermediul filtrului reductor FR.Instala"ia este prezentat! în fig.6.

Presiunea din vasul tehnologic VT se m!soar ! cu traductorul VEGABAR , carefurnizeaz! la ie#ire semnal unificat 4...20 mA la o varia"ie de 0...$ bar a presiunii din VT.

Cu ajutorul elementelor prezentate mai sus, cu bornele accesibile pe panoul deautomatizare, se realizeaz! o bucl! de reglare a presiunii #i se studiaz! comportarea acestei

bucle la varia"ia referin"ei #i la varia"ia perturba"iei.


7/7


163

Fig. 6. Instala"ie de reglare a presiunii

În vederea acestui studiu, varia"ia presiunii din VT se va trimite la un calculator PC, prin intermediul unui cablu conector CB-50 #i a unei pl!ci de achizi"ie Lab PC+,

iar datele vor fi prelucrate #i prezentate prin intermediul unui instrument virtual, realizat înmediul LabVIEW, indicat de conduc!torul lucr !rii.

Acest instrument va putea fi configurat dup! dorin"a utilizatorului, iar datele ob"inutevor putea fi salvate pentru analiza ulterioar !.

5. Prelucrarea $i analiza datelor

- Se fac aprecieri cu privire la comportarea dinamic! a MIT;- Se vor determina performan"ele sta"ionare #i dinamice ale buclelor de reglare stu-

diate.

- Se fac aprecieri cu privire la comportarea buclelor de reglare realizate atât în ceeace prive#te regimurile sta"ionare cât #i regimurile dinamice declan#ate de varia"iareferin"ei sau perturba"iei;

Bibliografie

$.Olah I.,%i"ariu I., Automatiz!ri. Îndrumar de laborator. I.P.Ia#i, Rotaprint,$980.2.Terti#co M., #.a.,Automatiz!ri industriale continue. Ed. Tehn., Bucure#ti, $980.3.Marinoiu V.,Robinete de reglare.Ed.Tehn.,Bucure#ti, $980.

esca - l14 - sisteme de reglare a presiunilor.pdf

Documents