Unas determinadas las funciones de transferencia de los elementos participantes en cada lazo de control, el siguiente paso es plasmar la configuración de los lazos de control a partir de la información proporcionada por el DTI. Estas representaciones fueron realizadas en el
software de simulación de MathWorks llamado “Matlab-Simulink” [7].
3.3.1 Etapa de precalentamiento
La Figura 3.4 muestra la configuración en lazo abierto de esta etapa. El primer elemento del lazo abierto es la señal escalón en la temperatura de la leche estéril; después la función de transferencia de la válvula V99, seguida de la función de transferencia de la sección 6 con su respectivo retardo; la respuesta de estos bloques es sumada con la temperatura inicial de la leche estéril, dando como resultado la temperatura final de la misma, que se
ingresa al bloque de la sección 1, donde la temperatura de la leche cruda se obtiene al sumar la magnitud proveniente de la sección 1 con su temperatura inicial (leche cruda).
Para observar el valor final de las temperaturas de la leche estéril y cruda, se incluyó un display en cada punto de medición; además de un osciloscopio para realizar la sintonización de los controladores. La Figura 3.5 muestra la respuesta en lazo abierto de esta etapa.
a) Sección
1
b) Sección 2
Figura 3.5: Respuesta de la etapa de precalentamiento de la leche en lazo abierto (LA).
La respuesta refleja la dinámica conjunta de los elementos en lazo abierto, observando que la temperatura alcanza los 79 ºC en aproximadamente 80 s, para mejorar su tiempo de respuesta se implementan dos controladores en paralelo, de tal forma que la acción de control se efectúa en dos pasos. El primer controlador manda la señal para que la leche estéril al pasar por la sección 6 baje a 95 ºC; la segunda señal de control corrige la
temperatura de la leche cruda en la salida de la sección 1, para que su valor llegue a 79 ºC; ambas señales son sumadas de tal manera que la señal resultante realice la acción correctiva mediante la válvula V99. Este tipo de configuración de los controladores corresponde a una compensación prealimentada de dos grados de libertad. La Figura 3.6 muestra la implementación de lazo cerrado en la etapa de precalentamiento.
Figura 3.6: Simulación de la etapa de precalentamiento en lazo cerrado (LC).
3.3.2 Etapa de calentamiento
La etapa de calentamiento cuenta con dos lazos de control; el primero de ellos abarca de la fase 1 a la fase 3; mientras que el segundo abarca la última fase de calentamiento y al intercambiador de placas. La Figura 3.5 muestra en diagrama de bloques del primer lazo para cada sección que lo compone.
a) Fase 1
b) Fase 2
c) Fase 3
La Figura (3.7 a), muestra la primera parte del lazo abierto; esta se compone por el escalón del agua de calentamiento y la sección 2 con su respectivo retardo; la señal resultante de estos bloques es sumada con la temperatura de la leche proveniente de la etapa de homogenización (79 ºC), obteniendo así, la temperatura final de la leche (95 ºC). Dicha temperatura se exporta a un archivo (.m) de Matlab, donde el valor se asigna a la variable
“sostenimiento”, dicha variable es ingresada como temperatura inicial de la leche en el diagrama de bloques de la Figura (3.7 b); una vez pasando por el bloque de la sección 3, la temperatura se exporta al archivo .m, el cual asigna la magnitud final a una nueva variable
llamada “evaluacion”, que a su vez es ingresada como la temperatura inicial de la leche en la sección 4 (Figura 3.7 c). Por último, el valor de la temperatura obtenido en la sección 4, se guarda en el archivo .m para introducirla como temperatura inicial en la última fase del calentamiento de la leche. Las secciones 2, 3 y 4 cuentan con un display para mostrar la temperatura final de la leche de cada fase de calentamiento.
El lazo cerrado de control se aplica en la fase 2, de tal forma que si la variable “evaluación”
no alcanza los 121 ºC debido a perturbaciones, entra en acción el controlador rectificando el error existente. El control involucra a la sección 10 del intercambiado de calor y a la válvula V46, teniendo una configuración de compensación en serie.
La respuesta en lazo abierto de esta sección se muestra en la Figura 3.8, donde la temperatura alcanza los 121 ºC en 52 s; mientras la Figura 3.9 muestra la implementación del lazo cerrado para mejorar la respuesta inicial del lazo abierto.
Figura 3.9: Diagrama de bloques fase 2 del calentamiento en lazo cerrado (LC).
El tercer y último lazo de control se muestra en la Figura 3.10. Este lazo involucra a la válvula de control V44, que regula el paso del vapor para calentar al aguar del circuito cerrado, donde la temperatura final depende de la temperatura del vapor y la temperatura del agua en la entrada del intercambiador de placas; a su vez se encuentra conectada con la sección 5 donde se lleva a cabo la última fase de calentamiento. La Figura 3.11 muestra su respuesta de la temperatura de la leche estéril en lazo abierto, donde la temperatura inicial se toma del valor final obtenido en la fase 3 del calentamiento (sección 4), el comportamiento de la temperatura de la leche muestra que se llega a los 137 ºC en aproximadamente 45 s. Implementando la retroalimentación, se obtiene el diagrama de bloques de la Figura 3.12 en configuración de compensación en serie.
Figura 3.10: Diagrama de bloques fase 5 del calentamiento en lazo abierto (LA).
Figura 3.12: Diagrama de bloques fase 5 del calentamiento en lazo cerrado (LC).