Resumen

Los procesos químicos se caracterizan por ser sistemas multivariables no lineales con interacciones fuertes entre las variables, por lo que la aplicación de una estrategia de control clásico puede, en ocasiones, ser inadecuada. Con el avance en los sistemas computación se ha facilitado el análisis y la simulación de modelos matemáticos más complejos, lo cual ha impulsado el desarrollo de nuevas técnicas de control avanzado para procesos multivariables.

Aquí se presenta el diseño de una estrategia de control predictivo sobre un modelo matemático de un evaporador de película descedente con recompresión mecánica de vapor usado en la industria láctea. Para diseñar el controlador, se empleó el programa Connoiseur^TM a partir de datos recolectados de la simulación de un modelo no lineal. Se emplea una ley de control obtenida de la minimización de la función de costo, sujeta a restricciones del proceso, empleando un algoritmo de programación cuadrático (QP). Finalmente, se ejecutó un algoritmo de programación lineal (LP) que encuentra un punto de operación “subóptimo” para el proceso en estado estacionario.

Introducción

Los procesos químicos se caracterizan por ser sistemas multivariables no lineales con interacciones fuertes entre las variables, por lo que la aplicación de una estrategia de control clásico puede, en ocasiones, ser inadecuada. Con el avance en los sistemas de computación se ha facilitado el análisis y la simulación de modelos matemáticos más complejos, lo cual ha impulsado el desarrollo de nuevas técnicas de control avanzado para procesos multivariables (Giraldo, 2002). Una de estas técnicas es el control predictivo, el cual emplea un modelo para prever el comportamiento dinámico de las variables controladas del proceso y poder obtener, a partir de la minimización de una función de costo sujeta a las restricciones de las variables del proceso, una ley de control (Camacho y Bordons, 2000).

Modelo matemático del proceso

El modelo matemático del evaporador fue desarrollado en la Universidad de Massey, Nueva Zelanda, con el fin de examinar la interacción y la controlabilidad de los tres lazos de control principales: la temperatura en el efecto del evaporador (T_e), el porcentaje de sólidos disueltos en el producto (w_p) y el flujo del producto (Q_p) (Winchester y Marsh, 1999). El modelo representa un evaporador tubular de película descendente de simple efecto con recompresión mecánica de vapor (Mechanical Vapor Recompression MVR), que consiste en hacer pasar a través de un compresor centrífugo, una fracción del vapor retirado en el efecto e inyectarlo a la coraza del intercambiador de calor (Figura 1). Al efecto se alimentan 50.000 L/h de leche (Q_f) que son concentrados desde un 12,5% de sólidos disueltos en el alimento (wf) hasta un 32,1% de sólidos disueltos en el producto (w_p).

• Materias:Productos lácteos Leche Alimentos
• Subjects:Dairy products Milk Food
• Palabras claves:Industria de alimentos, Industria láctea, Leche, Productos lácteos, Procesamiento térmico, Tratamiento térmico, Evaporador de película descendente, Control predictivo, Modelo matemático, Funciones de costo, Programación lineal
• Keywords:Food industry, Dairy industry, Milk, Thermal processing, Heat treatments, Falling film evaporator, Predictive control, Mathematical model, Cost function, Linear programming