1 / 62

Procesna automatizacija

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU Fakultet elektrotehnike i računarstva Zavod za automatiku i računalno inženjerstvo Unska 3, Zagreb, HRVATSKA. Doc. dr. sc. Mario Vašak. Procesna automatizacija. http://www.fer.hr/predmet/proaut. Predavanje 6 Procesi gibanja i skladištenja fluida.

fritz-cleveland
Download Presentation

Procesna automatizacija

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. SVEUČILIŠTE U ZAGREBU Fakultet elektrotehnike i računarstva Zavod za automatiku i računalno inženjerstvo Unska 3, Zagreb, HRVATSKA Doc. dr. sc. Mario Vašak Procesna automatizacija http://www.fer.hr/predmet/proaut Predavanje 6 Procesi gibanja i skladištenja fluida

  2. Procesi gibanja i skladištenja fluida • Gibanje fluida • Spremnici tekućina • Spremnik s odvođenjem pomoću crpke • Spremnik s odvođenjem regulacijskim ventilom • Spremnik s utjecanjem i istjecanjem pomoću regulacijskog ventila • Zatvoreni spremnik • Nespregnuti i spregnuti spremnici • Crpke i kompresori • Modeliranje segmenta cjevovoda • Miješanje komponenata fluida bez kemijskih reakcija

  3. Gibanje fluida • Gibanje fluida je posljedica: • tlaka u fluidu • Tlak u fluidu je posljedica: • djelovanja gravitacijske sile • potiska prouzročenog • crpkama • kompresorima

  4. - maseni protok fluida [kg/s] • V - volumen uskladištenog fluida [m3]; • - gustoća fluida [kg/m3]; • Qu - ulazna količina fluida (dotok) [kg/s]; • Qi - izlazna količina fluida (odtok) [kg/s]; • m - uskladištena masa fluida [kg]. Gibanje fluida Temeljna jednadžba ravnoteže

  5. Rezervoar s konstantnim presjekom • A - površina presjeka spremnika; •  - gustoća fluida; • h - visina fluida. Razina u rezervoaru s konstantnim presjekom Gibanje fluida Količina uskladištenog fluida u vremenu

  6. Gibanje fluida Spremnici tekućine • Konfiguracije spremnika prema načinu odvođenja tekućine: • spremnik tekućine s odvođenjem tekućine pomoću crpke promjenjive brzine vrtnje, • spremnik tekućine s odvođenjem pomoću regulacijskog ventila, • spremnik s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijske ventile • zatvoreni spremnik • nespregnuti i spregnuti spremnici

  7. Spremnici tekućina Spremnik tekućine s odvođenjem pomoću crpke promjenjive brzine Razina: Razina u s domeni:

  8. Spremnici tekućina Spremnik tekućine s odvođenjem pomoću crpke promjenjive brzine

  9. Spremnici tekućina Spremnik tekućine s odvođenjem pomoću crpke promjenjive brzine Električna analogija: Konstanta kapaciteta

  10. Jednadžba ravnoteže masa Bernoulijeva jednadžba stacionarno strujanje nestlačivog idealnog fluida • P - statički tlak, • - tlak uvjetovan visinskom razlikom pojedinih dijelova fluida, • - dinamički (brzinski) tlak. Spremnici tekućina Spremnik tekućine s istjecanjem kroz regulacijski ventil

  11. Istjecanje kroz uski otvor: A>>Av v1<<v2 Regulacijski ventil + pozicioner Istjecanje kroz regulacijski ventil kv - konstanta proporcionalnosti regulacijskog ventila ili uv - upravljački signal pozicionera [mA] ili [V]; Maseni protok Kv - konstrukcijska konstanta ventila (bez dimenzije); Av - promjenljiva površina presjeka otvora ventila. Spremnici tekućina Spremnik tekućine s istjecanjem kroz regulacijski ventil Volumni protok

  12. Spremnici tekućina Spremnik tekućine s istjecanjem kroz regulacijski ventil Nelinearna diferencijalna jednadžba

  13. Diferencije Uzimanje samo linearnih diferencija (zanemarenje umnoška diferencija i diferencija s potencijama većim od jedan) i uz aproksimaciju: Diferencijali (prema Taylorovu redu) Dobije se Spremnici tekućina Spremnik tekućine s istjecanjem kroz regulacijski ventil Linearizacija u radnoj točki (h0, Av0, Qi0, Qu0)

  14. Spremnici tekućina Spremnik tekućine s istjecanjem kroz regulacijski ventil Koeficijenti Vremenska konstanta procesa

  15. Diferencijalna jednadžba Spremnici tekućina Spremnik tekućine s istjecanjem kroz regulacijski ventil Vremenska konstanta procesa

  16. Spremnici tekućina Spremnik tekućine s istjecanjem kroz regulacijski ventil Električka analogija (radi kratkoće zapisa izostavljene su oznake , ali se podrazumijevaju)

  17. Jednadžba ravnoteže masa Protoci i tlakovi Spremnici tekućina s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijski ventil

  18. Spremnici tekućina s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijski ventil Nelinearna blokovska shema sustava

  19. Spremnici tekućina s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijski ventil Linearizacija oko radne točke uvu0, P10 i h0

  20. Spremnici tekućina s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijski ventil Linearizacija oko radne točke uvu0, P10 i h0

  21. Spremnici tekućina s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijski ventil Linearizacija oko radne točke uvu0, P10 i h0

  22. Jednadžba plina: gdje je: n- broj molova [mol], R- plinska konstanta [R=8.314 J/(molK)]. Spremnici tekućina Zatvoreni spremnik tekućine s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijske ventile • Pretpostavke: • idealni plin; • izotermnost ekspanzije i kompresije plina (Tp = konst.); • isparavanje tekućine zanemarivo; • masa plina konstantna.

  23. Izotermna kompresija/ekspanzija: Spremnici tekućina Zatvoreni spremnik tekućine s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijske ventile Jednadžbe:

  24. Spremnici tekućina Zatvoreni spremnik tekućine s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijske ventile

  25. Prvi zakon termodinamike Q – toplinska energija izmijenjena s okolinom, [J], U – unutarnja energija plina, [J], W – rad plina, [J]. Adijabatsko stanje: dQ=0, dU=-dW Promjena temperature plina: Promjena unutarnje energije plina: Spremnici tekućina Zatvoreni spremnik tekućine s utjecanjem i istjecanjem kroz regulacijske ventile

  26. Spremnici tekućina Nespregnuti spremnici tekućina • Analogije • (prema primjeru navedenom kod spremnika s istjecanjem kroz ventil)

  27. Spremnici tekućina Nespregnuti spremnici tekućina Električna analogna shema:

  28. Drugi spremnik: Spremnici tekućina Spregnuti spremnici tekućina Linearizirane jednadžbe Prvi spremnik:

  29. Spremnici tekućina Spregnuti spremnici tekućina Linearizirane jednadžbe

  30. Svojstva: • u nespregnutim spremnicima Q2 je neovisno o h2 • u spregnutim spremnicima Q2 je ovisno o h2 • vremenska konstanta Tsp=R2C1 • mjera sprege dvaju spremnika Spremnici tekućina Spregnuti spremnici tekućina Analogna električna shema spremnika:

  31. Crpke i kompresori • Crpke (pumpe) su agregati koji služe za crpljenje (pumpanje) tekućina • Pogonski motor crpke predaje, preko lopatica crpke energiju fluidu • Kompresori su agregati koji služe za tlačenje plinova • Pogonski motor kompresora predaje, preko lopatica kompresora, energiju fluidu • Zaključci vezani za rad crpki načelno se mogu koristiti i za rad kompresora

  32. Odnos visine dobave H i tlaka P: Crpke Energija koju crpka predaje tekućini manifestira se u povećanju izlaznog tlaka (P2) u odnosu na ulazni tlak (P1)

  33. Hcm - visina dobave crpke pri nultom protoku (dobije se ekstrapoliranjem ispitne karakteristike), Hcn - visina dobave crpke pri nazivnom protoku, Qcn- nazivni protok Unutarnji otpor crpke: Odnos visine dobave i tlaka: Crpke Q-H karakteristike crpki Q-H karakteristika centrifugalne crpke

  34. Hpst- statički tlak tekućine u postrojenju (cjevovodu), Hpn- tlak tekućine u postrojenju (cjevovodu) pri nazivnom protoku, Qpn- nazivni protok tekućine kroz postrojenje (cjevovod). Ako nema gubitaka tekućine u postrojenju onda je: Snaga na lopaticama crpke PLC Iz Qp-Hp karakteristike je vidljivo: Protok Q proporcionalan je brzini vrtnje Hp~Qp2 Crpke Q-H karakteristika postrojenja

  35. Crpke Upravljanje protokom Upravljanje protokom pomoću prigušnog ventila Snaga u radnoj točci jednaka označenoj površini

  36. Razlika u utrošenoj snazi s obzirom na upravljanje pomoću prigušnog ventila Ušteda energije kod upravljanja promjenom brzine crpke Crpke Upravljanje protokom Upravljanje protokom pomoću crpke s promjenjivom brzinom

  37. Modeliranje segmenta cijevi kroz koju protječe fluid • Modeliranje pomoću: • distribuiranih parametara • kontinuiranih parametara • Cijev: • duljine l • promjera d • zaključena impedancijom ZT

  38. Modeliranje segmenta cijevi pomoću distribuiranih parametara Linearizirane jednadžbe s distribuiranim parametrima

  39. Modeliranje segmenta cijevi pomoću koncentriranih parametara ZT malog iznosa: Cijev zaključena posudom, kao što je spremnik ili reaktor Nadomjesna analogna linearizirana električka shema

  40. Impedancija prema crpki Modeliranje segmenta cijevi pomoću koncentriranih parametara ZT malog iznosa: Cijev zaključena posudom, kao što je spremnik ili reaktor Prijenosna funkcija Nadomjesna analogna linearizirana električka shema

  41. Modeliranje segmenta cijevi pomoću koncentriranih parametara ZT velikog iznosa: Nadomjesna analogna linearizirana električka shema

  42. Uzroci oscilacija: • uključenje/isključenje jačih trošila, • uključenje/isključenje crpki, • sustav cijevi ima svoje rezonantne frekvencije. Posljedice oscilacija: • pretjerane vibracije građevine i cjevovoda; • pretjerano trošenje i opterećenje crpki ili kompresora; • nedopuštene oscilacije tlaka i protoka na kraju cjevovoda, (oscilacije nedopustive sa stajališta procesa - kod reaktora na kraju cjevovoda). Prigušivači oscilacija • analogni električnim filterima • koncentrirani (pasivni i aktivni • distribuirani (pasivni) Mjere za sprečavanje uzroka i posljedica: • brižno projektiranje procesa (procesne opreme -posuda i način njihova povezivanja), • regulacijski zahvati Modeliranje segmenta cijevi pomoću koncentriranih parametara

  43. Prigušenje frekvencije 1 Uz R0 >> RD Modeliranje segmenta cijevi pasivni prigušivač oscilacija tlaka i protoka na principu “notch” filtera

  44. Modeliranje segmenta cijevi aktivni prigušivač oscilacija tlaka i protoka zasnovani na zatvorenim posudama Regulator tlaka drži tlak konstantnim

  45. Kf, Gf (s) - pojačanje i dinamički član filtra, KRP, GRP(s) - pojačanje i dinamički član regulatora tlaka R otpor izlazne cijevi Modeliranje segmenta cijevi aktivni prigušivač oscilacija tlaka i protoka zasnovani na zatvorenim posudama

  46. Modeliranje segmenta cijevi aktivni prigušivač oscilacija tlaka i protoka zasnovani na zatvorenim posudama

  47. Uz pretpostavku: Modeliranje segmenta cijevi aktivni prigušivač oscilacija tlaka i protoka zasnovani na zatvorenim posudama

  48. Načini miješanja u kontinuiranim procesima ·disperzijom jednog protoka u drugi i ·vremenskim usrednjavanjem promjena smjese u protoku. Miješanje komponenata fluida bez kemijskih reakcija

  49. Miješanje komponenata fluida bez kemijskih reakcija Miješanje otopine s dvije topive komponente Pretpostavke:  •idealno miješanje; • izotermnost procesa miješanja; • nema kemijskih reakcija • promjena koncentracije komponenata zanemarivo utječe na gustoću fluida nositelja

  50. Komponenta A Komponenta B Za slučaj uspostave ravnoteže protoka Miješanje komponenata fluida bez kemijskih reakcija Miješanje otopine s dvije topive komponente Ravnoteža volumena(ravnoteža masa) Ravnoteža broja molova pojedinih komponenata

More Related