Estabilización a tiempo finito de temperatura en un reactor por lotes - Solar González, Rocío (Universidad Autónoma Metropolitana, 2001)
Los reactores por lotes son una importante forma de operación en la industria química moderna, para la producción de pequeños volúmenes de sustancias especialmente químicas y farmacéuticas. Dichos reactores proporcionan diversas ventajas y atractivas opciones económicas. Sin embargo, los procesos por lotes también presentan interesantes problemas en modelacidn y control por su inherente naturaleza dinarnica. Por lo tanto, existe una necesidad de diseñar estrategias de control robusto que proporcionen una estable y segura operación de esta clase de reactores, con una produccidn óptima. Por tal motivo, el propósito de este trabajo es desarrollar una estrategia de control retroalimentado robusto que permita un seguimiento de trayectorias de temperatura y composición, y sea capaz de contrarrestar efectos de incertidumbres, estados no medidos y perturbaciones externas, que se presentan en los reactores por lotes. Para lograr este fin, se desarrolla el siguiente trabajo de tesis, el cual se encuentra distribuido de la siguiente manera: En la primera sección, se muestra una breve introducción de la importancia de los reactores por lotes a nivel industrial, así como los antecedentes que motivaron el desarrollo de esta tesis. Posteriormente: el planteamiento del problema se llevó a cabo mediante la propuesta del objetivo general y objetivos particulares los cuales se lograron alcanzar durante el transcurso del trabajo. En una segunda sección, se muestran algunos de los conceptos teóricos que son fundamentales para el desarrollo de las estrategias de control. En la sección siguiente, se plantea el modelo dinamico general de un reactor por lotes que sirve como base para el desarrollo de las estrategias de control, y por consiguiente tambib una breve descripción de los parámetros involucrados en dicho modelo. En la cuarta sección, se desarrolla el diseño de control retroalimentado para el reactor por lotes con estabilización a tiempo finito, en el cual el controlador está constituido por una función nominal de dinámica inversa que induce la convergencia en un tiempo finito, y un estimador de balance calorimétrico para compensar incertidumbres debido a concentraciones no medidas, reacciones cinéticas y parámetros de transferencia de calor. Posteriormente se muestra que el controlador retroalimentado propuesto puede verse como un controlador Proporcional Integral (PI) no lineal con un esquema de prevención de reajuste excesivo (antireset windup). En la quinta sección, basándose en ideas de estimación de incertidumbres y compensación del error de modelado se implementa una configuracidn en cascada, con el propósito de diseñar un controlador que permita lograr controlar la composición de un reactor por lotes. Posteriormente con el objetivo de ilustrar la flexibilidad de las estrategias de control y el funcionamiento del controlador se llevó a cabo la simulación numérica de dos casos de estudio obtenidos de la literatura. Por dltimo, se exponen las conclusiones que a lo largo del desarrollo de este trabajo se lograron obtener y las cuales favorecerh una muy útil herramienta en el área de investigacidn del control de procesos por lotes. Sin embargo, es necesario aclarar que aun quedan abiertas muchas preguntas importantes que necesitan de un trabajo adicional.