SCPC FITUICA

Alea 2 grafice:În regim staţionar termic, punctul de funcţionare (P) rezultă la intersecţia dreptei Q_e(T)cu curba Q_p(T). Acest punct este stabil numai dacă panta dreptei Q_e(T) este mai mare decât panta curbei Q_p(T), caz în care, la o creşter accidentală a temperaturii (ΔT > 0), Q_e(T) > Q_p(T), respectiv debitul caloric evacuat fiind mai mare decât cel produs, reactorul poate fi răcit mai intens şi readus la punctul iniţial. Dacă în punctul de intersecţie (P), panta dreptei Q_e(T) este mai mică decât panta curbei Q_p(T) rezultă că la o creşter accidentală (ΔT > 0) a temperaturii, Q_p(T) > Q_e(T), respectiv debitul caloric produs este mai mare decât cel evacuat, iar temperatura se măreşte în continuare. Ca urmare se intensifică reacţiile chimice (considerate exoterme) ceea ce va ridica în continuare temperatura , fenomenul devine cumulativ, iar funcţionarea nu mai revine la punctul anterior, ci se stabilizează într-un alt punct de intersecţie unde panta dreptei Q_e(T) este mai mare decât a curbei Q_p(T). În consecinţă, pentru figura 6.3.a, rezultă o singură intersecţie în punctul P₁ (T⁰=371.6) care sete stabil, iar pentru figura 6.3.b, punctul P₁  (T⁰=370.2) este nestabil iar punctele P₂  (T⁰=325.4) şi P₃  (T⁰=419.5) sunt stabile.

Reglare în cascadă

- o combinaţie de 2 regulatoare, semnalul de ieşire al primului regulator constituind referinţa pentru cel de-al 2-lea regulator

Utilizare:

-sunt disponibile măsurători a 2 sau mai multe variabile şi doar o singură variabilă de control

-dinamica procesului evidenţiază constante de timp sau timp mort de valori considerabile între variabila de control şi ieşirea procesului (variabila controlată)

-un reglaj strans se poate obţine utilizând o variabilă măsurabilă intermediară ce răspunde mai rapid la semnalul de control

-Se pun in evidenţă 2 bucle de control cu reacţie negativă: bucla interioară (secundară sau slave); bucla exterioară (primară sau master)

Selectarea variabilei secundare:

- trebue să existe o relaţie bine definită între variabila primară şi cea secundară (ambele măsurabile)

- perturbaţiile esenţiale vor acţiona în bucla interioară

- bucla interioară mai rapidă decât cea exterioară

- amplificarea buclei interioare poate avea valori ridicate

Acordarea regulatoarelor conectate în cascadă

- se configurează regulatorul primar in mod manual

- se realizeaza acordarea regulatorului secundar

- se trece pe automat regulatorul secundar

- se realizează acordarea regulatorului primar

Exemple tipice de reglare în cascadă:

-servomecanism cu reacţie după poziţie şi viteză

- reglarea nivelului

- reglarea temperaturii în mantaua unui reactor chimic

- reglarea temperaturii în schimbătoarele de căldură

Control selectiv

- Aceste sisteme selectează din mai multe măsurători ale aceluieşi parametru reglat una singură, aceasta fiind considerată intrarea de mărură a regulatorului.

Comandă prioritară

-Override control - comandă prioritară (comandă suplimentară având prioritate asupra comenzii normale a unui aparat); comandă de corectie; reglare de depăşire

-Uneori este considerată o subcategorie a reglării selective.

-Se foloseşte, de obicei, pentru protejarea echipamentelor sau a personalului în cazurile în care apar situaţii periculoase ca urmare a depăşirii unor limite de funcţionare

-Se aplică în sistemele în care există mai multe ieşiri reglate şi o singură variabilă de control (variabilă manipulată). Deoarece, aşa cum am mai menţionat, cu o singură variabilă de control se poate regla o singură ieşire, sistemele cu comandă prioritară selectează parametrul reglat în concordanţă cu situaţia parametrilor procesului, transferând acţiunea de reglare către acesta.

-În acest scop se utilizează blocuri selectoare cu rolul de a transfera acţiunea de reglare de la un parametru ce a condus la depăşirea unei limite admisibile pentru o mărime stabilită la alt parametru care menţine acea mărime sub limita admisibilă.

Reglare cu divizarea comenzii

-Este denumită şi split-range control. Se utilizează atunci când există mai multe variabile de control şi o singură mărime controlată.

ETAPELE PROIECTARII

1).Analiza cerintelor procesului

  -Conditii de functionare

  -Cerinte  -regim dinamic

               -regim stationar

  -Variabile masurabile

  -Caracterul regimurilor

  -Posibilitati de simplificare

2)Elaborarea modelelor matematice

a)-Model general

   -Modele simplificate

   -Validarea modelelor

b)Modele pt situatii de avarie

c)Proiectii

3)Echipamente automate disponibile

-echipamente de reglare analogice

-echipamente de reglare numerice

-calculatoare de process

-retele de conducere a proceselor

-sisteme secventiale

4)Structura sistemului de conducere

a)Sisteme de reglare a parametrilor

b)Sisteme de protectie,semnalizare si interblocare

c)sisteme informationale si de coordonare

d)sisteme evaluate

  -conducere ierarhizata

  -conducere adaptive si optimala

5)Implementare, validare, punere infunctiune

6)Exploatarea sistemului

Ardere gaz-1)(partea din dreapta)-alege concentratia mai mare sau mai mica.2)(stanga sus)-cascada-elimina perturbatile nivel apa in cazan prin reglarea debitului de apa(FC+FT)in functie de debitul de abur.3(stanga jos)reglare de raport-aer/gaz.PT+PC+FC+FT-cascada.control selevtiv+raport=cascada regleaza concentratia de gaze arse

Doua rezervoare a)-cu reglare in amonte.In cazul rezervoarelor in cascada reglarea trebuie facuta sau in amonte sau in aval.debitul de intrare este controlat de FC.La ambele rezervoare debitul de iesire este controlat de LC-prin nivelul din rezervoare.Un singur robinet cu actionare automata pe o conducta.

b)pe o conducta nu poate exista decat un singur robinet autoamtizat.In schema 2 traductoare colecteaza date din procese diferite ,iar cu datele astea XC si YC controleaza 2 robinete de pe aceiasi conducta

PROBLEMA 7

Se cons un proc de amestecare (vasul este decosperit).Pt. automatizarea acestui proc sunt disponibile echipamente figurate in scheme.Sa se completeze schemele: a)reglarea concentratiei si nivel, reglarea pe iesire cu un regulator pt fiecare parametru. b) eliminarea perturb de presiune pe iesire produs.c) completati cu un sistem de reglare cu raport controlat prin reg de concentratie pe iesire. d) reglarea temperature in reactor cu compensarea variatiilor presiuni aburului( in caz in care amestecarea celor 2 solutii ar fi  impartita de o ractie endoterma)

a) AT,AC – bucla reglare a concentratiei solutiei ; LT,LC- bucla de reglare a nivelului din vas ; c) face raportul dintre debitul de sol NaCl si apa FF, si comanda e suma dintre raport si concentratia solutiei care iese din vas; d) FT s TC compenseaza variatiile presiunii aburului, TT si TC regleaza temperature din reactor prin modificarea debitului de abur.

Reglare Schimbatoare de caldura

Schema1:Un regulator P ar fi de ajuns daca perturbatiile: debitul agentului termic primar, debitul agentului secundar sau variatiile de temperature la intrare sunt mici, astfel incat efectul lor sa fie intr-un anumit domeniu de toleranta.Un regulator posibil ar fi PI; efectul de integrare este necesar pentru anularea erorii stationare ce apara datorita reg P. Daca debitul agentului prin schimbatorul de caldura variaza rapid, vom obtine o mare abatere a valorilor pentru temperatura controlata. Marimea si durata acestor abateri pot fi reduse in cazul in care regulatorul introduce si un efect derivative.Pt aceasta schema obiectivul consta in mentinerea constanta a temp produsului la iesire T_pe, la o valoare impusa prin modificarea debitului de agent termic Q_ai Perturbatiile tipice sunt temperaturile de intrare T_ai,T_pi, debitul Q_pi si caderea de presiune ∆P de-a lungul fluxului util. Comportarea dinamica a traductorului de masura nu se poate neglija deoarece acest elem are intarzieri apreciabile.Schema de reglare in cascada:In acest caz se intervine doar dup ace perturbatiile au influentat intrarea, regulatorul intervenind pentru a adduce anumite corectari in raport cu marimea de referinta. Este eficienta pt perturbatiile care apar in dispozitivul agentului primar, de ex variatii ale debitului acestuia. In cele mai multe cazuri reduce considerabil efectul perturbatiilor asupra temp de iesire, care este parametru primar. Deasemenea reglarea in cascada asigura o mai rapida revenire in cazul perturbatiilor. Daca luam perturbatia primara: variatia debitului agentului secundar, reglarea in cascada nu mai este eficienta.Schema feedforward:metoda mai eficienta de reglare.Daca este posibila efectuarea de masuratori in mod direct in cadrul procesului, atunci utilizarea acestei metode furnizeaza o imbunatatire a reglarii temp T_M.Reglarea prin compensare presupune ca toate instrumentele din sistem sa fie perfect calibrate, valva de executie sau alt elem de executie din sistem sa fie  capabile sa ofere un raspuns rapid la primirea unui semnal, pentru a asigura o reglare cat mai buna.Avantajele acestei reglari constau in faptul ca se pot genera raspunsuri rapide fara ca stabilitatea sa fie influentata si de asemenea in cele mai multe cazuri satisface cerintele impuse fara a mai fi nevoie sa fie implememntate alte structuri de reglare mai complexe. Avantaje:nu afecteaza stabilitatea sistemului; masura de compensare a perturbatiei se ia in avans;are efect de predictie. Dezavantaje: mai scump(regulator in plus); perturbatia trebuie masurata(este nevoie de traductoare scumpe); presupune o cunoastere mai detaliata a procesului decat in cazul reglarii in cascada

Procesele de EPURARE se clasifică în funcţie de principalele fenomene pe care se bazează după cum urmează:

Preepurarea sau epurarea parţială are ca obiectiv îndepărtarea poluanţilor din apele uzate direct la sursă şi se referă în special la apele uzate industrial sau cele deversate în reţeaua de canalizare.

Epurarea preliminară   constă în reţinerea corpurilor mari, reducerea dimensiunilor materialelor în scopul de a proteja echipamentele din aval. Ca echipamente specifice se folosesc: grătare, site şi echipamente pentru  mărunţirea corpurilor reţinute pe grătare,  separatoare de nisip şi pietriş.

Epurarea primară – treapta fizică. Este denumită şi tratare mecanică deoarece se bazează pe fenomene exclusiv fizice şi constă în eliminarea materialelor solide din apă şi a celor flotante sau semiflotante indiferent de natura lor organică sau anorganică. Eliminarea materialelor care plutesc se face folosind grătare, site fine sau de taiere, iar eliminarea uleiurilor şi grăsimilor se face în bazine de eliminare a spumei şi în bazine de decantare cu ajutorul colectoarelor de spumă. Eliminarea materialelor solide de mici dimensiuni se face în bazine decantoare.

Epurarea secundară – treapta biologică. Are ca scop îndepărtarea substanţelor organice solubile, în stare coloidală sau de suspensii fine, care nu pot fi reţinute de treapta fizică, precum şi a celor adăugate special sub forma de nămol activ.

Epurarea terţiară - treapta chimică. Constă în reţinerea şi neutralizarea substanţelor chimice dizolvate sau în stare coloidală existente în masa de apă. Metodele tipice sunt specifice reacţiilor chimice de neutralizare, precipitare, coagulare şi floculare stabilite şi conduse în mod precis prin calcule stoechiometrice. Ele se desfăsoară în bazine de reacţie în care apa uzată vine în contact cu reactivul şi ulterior în decantoare în care se va separa precipitatul format. Metoda prezintă o eficienţă care poate ajunge până la 90%.

Epurarea avansată. Este o tehnologie care finisează procesele de epurare prin îndepărtarea compuşilor pe bază de azot şi fosfor, a altor poluanţi rămaşi în suspensie în masa de apa precum şi a namolului activ în procesul de aerare extinsă. Metodele tipice sunt adecvate fiecărui tip de poluant.

Dezinfectarea. Se utilizează în cazuri speciale când apare necesitatea distrugerii germenilor patogeni din apele uzate provenite din spitale, dispensare sau secţii de boli contagioase, care nu trebuie sa ajungă la reţeaua  de canalizare.

Epurări speciale. Sunt procedee care elimină substantele toxice din apă, folosind extracţia, schimbul ionic sau absorbţia pe cărbune activ.

Tratarea nămolului. Are drept scop reducerea volumului prin concentrare, stabilizarea acestuia prin operaţii specifice care descompun substanţa organică şi extragerea substanţelor minerale utile. Aceste operaţii se execută în construcţii şi instalaţii specifice gospodăriei de nămol în care se realizează decantarea, îngroşarea, tratarea cu coagulanţi, centrifugarea, filtrarea, deshidratarea, fermentarea anaerobă sau incinerarea.

TREAPTA FIZICO-CHIMICA

Epurarea mecanică are rolul de reţinere a corpurilor mari, suspensiilor grosiere, a nisipului, grăsimilor şi suspensiilor decantabile din apa uzată, prin  procedee fizico-mecanice.

Procesele de epurare mecanice se bazează pe fenomene fizice de reţinere prin blocare pe grătare a corpurilor mari şi/sau fenomene de separare a fazelor datorită diferenţelor de greutate specifică a fazelor dispersate în masa de apă (cazul sedimentării în decantor, deznisipator, flotaţie). Metodele tipice utilizate la acest nivel sunt separarea gravitaţională – decantarea în bazine de sedimentare normale sau specializate (cum este deznisipatorul cuplat cu separatorul de grăsimi şi flotaţia în decantoare flotatoare). Eficienţa de îndepărtare atinge 40…60% la îndepărtarea suspensiilor solide, circa 30% a încărcării organice exprimate în CBO₅, 50% din coliformi fecali, fără a reuşi reducerea compuşilor pe bază de azot sau fosfor.

GRATARELE reţin corpurile plutitoare şi suspensiile grosiere (bucăţi de lemn, textile, plastic, pietre etc.). De regulă sunt grătare succesive cu spaţii tot mai dese între lamele. Curăţarea materiilor reţinute se face mecanic. Ele se gestionează ca şi gunoiul menajer, luând drumul rampei de gunoi sau incineratorului...

SITELE au rol identic grătarelor, dar au ochiuri dese, reţinând solide cu diametru mai mic.

DEZNISIPATOARELE sau decantoarele pentru particule grosiere asigură depunerea pe fundul bazinelor lor a nisipului şi pietrişului fin şi altor particule ce au trecut de site dar care nu se menţin în ape liniştite mai mult de câteva minute. Nisipul depus se colectează mecanic de pe fundul bazinelor şi se gestionează ca deşeu împreună cu cele rezultate din etapele anterioare, deoarece conţine multe impurităţi organice.

DECANTOARE PRIMARE sunt longitudinale sau circulare şi asigură staţionarea apei timp mai îndelungat, astfel că se depun şi suspensiile fine. Se pot adăuga în ape şi diverse substanţe chimice cu rol de agent de coagulare sau floculare, uneori se interpun şi filtre. Spumele şi alte substanţe flotante adunate la suprafaţă (grăsimi, substanţe petroliere etc.) se reţin şi înlătură ("despumare") iar nămolul depus pe fund se colectează şi înlătură din bazin (de exemplu cu lame racloare susţinute de pod rulant) şi se trimite la metantancuri.

TREAPTA BIOLOGICA

Are ca obiective îndepărtarea substanţelor organice solubile, în stare coloidală sau de suspensii fine care nu ar putea fi reţinute în treapta fizică şi a celor adăugate special precum nămolul activ. Procesele biologice de epurare se bazează pe activitatea metabolică a unor grupe  de microorganisme care mineralizează substanţele organice până la dioxid de carbon şi apă în prezenţa unor elemente nutritive.  Procesele biologice sunt de diferite tipuri însă marea majoritate a staţiilor de epurare a apelor uzate folosesc metoda nămolului activ. Metoda constă în utilizarea metabolismului celular al unei populaţii mixte de bacterii şi protozoare formate în nămolul activ sau în pelicula biologică ataşată unor suprafeţe solide din biofiltru, biodisc, biotambur, bioşurub. Eficienţa de separare este de 80…95% pentru încărcarea organică exprimată în CBO₅, 90…99% coliformi fecaloizi şi bacterii, circa 10% pentru compuşii pe bază de azot şi fosfor.

TRATAREA NAMOLURILOR

Tratarea nămolului are drept scop reducerea volumului prin concentrare, stabilizarea acestuia prin operaţii specifice care descompun substanţa organică putrescibilă şi valorificarea lui fie prin producerea gazului de fermentaţie, fie prin extragerea substanţelor şi mineralelor utile. Operaţiile de mai sus se realizează în construcţii şi instalaţii specifice gospodăriei de nămol. Metodele tipice sunt: decantarea, îngroşarea, tratarea cu coagulanţi şi floculanţi, centrifugarea, filtrarea, deshidratarea, fermentarea anaerobă, incinerarea.

1.3. Modelarea şi controlul treptei biologice de tratare a apelor uzate

Sistemele biologice de epurare a apelor uzate sunt procese complexe, nonlineare,  cu multiple intrări şi ieşiri (multivariabile) ce pot detecta informaţii ambigue despre caracteristicile influentului, structura şi parametrii acestuia.

Ele apelează la populaţii mixte de bacterii care, în condiţii specifice reusesc să degradeze materia organică prezentă în mediul apos până la dioxid de carbon şi apă. Aşadar, pentru realizarea metabolismului celular este necesară o corelare a tuturor factorilor de natură fizică, hidrodinamică şi în special chimică şi biologică. Conducerea automată a acestor procese complexe se bazează pe modelare şi simulare. Prin aplicarea modelului elaborat se reuşeşte să se estimeze evoluţia procesului în sensul dirijării acestuia către eficienţă maximă. Modelele elaborate au o serie de restricţii referitoare la consumul energetic şi de materii prime astfel încât să se obţină costuri minime de exploatare.

Epurarea apelor uzate încărcate cu materii organice în suspensie şi dizolvate se realizează prin procese biologice. Aceste procese se desfăşoară prin contactul, în mediul apos, dintre o populaţie mixtă de bacterii şi materia organică în prezenţa factorilor nutritivi, în special azot şi fosfor.

Este evident că în proces intervin factori de natură fizică – hidrodinamică şi de transfer de masă, chimică – oxidare directă a compuşilor anorganici şi factori de natură biochimică, dependenţi de natura bacteriilor şi metabolismul lor. Între toţi aceşti factori trebuie să existe o corelare directă astfel încât procesul să poată fi condus şi dirijat spre eficienţa maximă. Un singur factor care evoluează în exteriorul gamei normale va conduce la ieşirea din echilibru dinamic a procesului.

Procesele de epurare biologică sunt deosebit de complexe şi necesită un consum mare de energie. Pentru ca sistemul format din bazinul de aerare (cu forma şi dimensiunile lui), apa uzată (cu caracteristicile specifice de compoziţie şi concentraţie), nămolul activ (cu vârsta, starea lui fiziologică, compoziţie şi concentraţie) să funcţioneze corect este nevoie să se facă un control atent a parametrilor fizici, chimici şi biologici. Dintre toţi aceşti parametri unii sunt imposibil de măsurat în condiţii “on-line”, aşa cum este cazul CBO₅ , parametru care necesită cinci zile pentru determinare.

Decizia umană nu poate să urmărească rapid modificările care apar în variaţia parametrilor fizici (debit, viteze etc.), sau biochimici (CCO_Cr, CBO_{5 ),}  concentraţie şi compoziţie a nămolului activ.

Ca urmare, se impune atat monitorizarea parametrilor cu aparate de măsură care să permită colectarea datelor în regim “on-line” cat si implementarea unui sistem care să permită controlul automat al procesului de epurare biologica si să permită desfăşurarea procesului biologic în condiţii optime în prezenţa unor restricţii de natură energetică şi a consumului de materiale.

În funcţionarea pocesului de epurare biologică pot interveni multe elemente perturbatoare făcând ca procesul de epurare să fie unul puternic neliniar. Neliniaritatea procesului face practic imposibilă utilizarea algoritmilor de control automat clasici. Treapta biologica de tratare a apelor uzate este un proces complex, care are nevoie de strategii avansate de control pentru o buna functionare.

In figura 2 este prezentata schematic treapta biologica a procesului de tratare a apei uzate. In pricipiu procesul este constituit din doua bazine alaturate, unul de aerare si unul de decantare.

In bazinul de aerare (numit si reactor biologic aerob) bacteriile si alte microorganisme se hranesc cu materia organica continuta in apa uzata care urmeaza sa fie turnata in rezervor, reducand astfel nivelul de degradare.

Bazinul de purificare (decantorul) este un rezervor de sedimentare gravitationala în care namolurile si a apa reziduala curata sunt separate. O parte din namolul activ sedimentat este recirculat de la decantor in bazinul de aerare, astfel încat continutul (populatia) de microorganisme din reactorul aerob sa se mentina la nivelul corespunzator pentru a putea continua procesul de epurare. Namolul activ in exces este evacuat din sistemul de epurare biologica.

In continuare se trateaza un model simplificat al instalatiei de tratare biologica aerobe a apelor reziduale. Modelul se bazeaza pe urmatoarele ipoteze: bazinul de aerare este in continuu agitat si amestecat; in decantor nu are loc nici o bioreactie iar namolul este singura componenta reciclata în reactorul biologic aerob; concentratiile de oxigen si de substrat sunt neglijate de-a lungul fluxului de reciclare; debitul de iesire din bazinul de aerare este egal cu suma dintre debitul de iesire din decantor si debitul de namol reciclat.