Control de Procesos Caso de Estudio

Control de ProcesosCaso de EstudioTema:Simulacin del control no lineal de OD (oxgeno disuelto) y DQO (demanda qumica de oxgeno) en un reactor de lodos activados.Objetivo:Realizar la simulacin del control de Oxgeno Disuelto (OD) y la Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) biodegradable en un sistema de lodos activados utilizando el modelo IWA ASM1 (considerando slo la remocin de carbono)DescripcinLa data de dimensionamiento, concentraciones y cintica bacteriana necesarias para la implementacin del control fueron obtenidos de una PTAR.DescripcinEl control se basa en dos lazos feedback que controlan el OD y DQO modificando las variables de entrada el KLa (coeficiente de transferencia de O2)y r (tasa de recirculacin de lodos), que corresponden a flujo de aire alimentado y a flujo de lodos reciclado. La medicin de las variables controladas se realiza por medicin de OD y uno indirecto para inferir la DQO biodegradable.La simulacin dinmica del control realizado ante perturbaciones en la DQO biodegradable alimentada responde ajustndose dentro de lmites impuestos por autoridad (70 ppm de DQO biodegradable efluente) y los lmites necesarios para la operatividad del proceso (1 ppm de OD en el reactor).Otro objetivo es que el tiempo de asentamiento de las respuestas de los sistemas controlados sea prximo a medio turno del operador.Proceso de lodos activosFigura. Esquema bsico del proceso de lodos activos

Tabla. Procesos, componentes y parmetros estequiomtricos y cinticos del modelo ASM1Proceso involucradosComponentes del modeloParmetros CinticosParmetros EstequiomtricosCrecimiento hetertrofo aerbicoSi: materia orgnica solubles inertesh: tasa de crecimiento mximo hetertrofoYH: rendimiento hetertrofoCrecimiento hetertrofo anxicoSS: sustrato rpidamente biodegradablea: tasa de crecimiento mximo auttrofoYA: rendimiento auttrofo.Crecimiento auttrofo aerbicoXI: partculas inertes orgnicaKs: constante de saturacin por sustrato biodegadablefp: fraccin de producto inerteDecaimiento hetertrofoXS: sustrato lentamente biodegradableKo,h: constante hetertrofa de saturacin por oxgenoiXB: razn de nitrgeno en la DQO de la biomasaDecaimiento auttrofoXBH: biomasa hetertrofa activaKno: constante de saturacin por nitrgeno como nitrito o nitratoiXB: razn de nitrgeno en la DQO del producto de la biomasa.Amonificacin de nitrgeno orgnico solubleXP: partculas producto del decaimiento de biomasabh: tasa de decaimiento hetertrofoHidrlisis de orgnicos atrapadosSNO: nitrgeno como nitrato o nitritoK,oa: constante auttrofa de saturacin por oxgeno.Hidrlisis de nitrgeno orgnicos atrapadosSNH: nitrgeno como amonio o amoniacoKnh: constante auttrofa de saturacin por amina, amoniaco o nitrgenoSND: nitrgeno orgnico soluble biodegradableba: Tasa de Decaimiento AuttrofoXND: nitrgeno orgnico particulado biodegradableg: Factor de correccin para crecimiento hetertrofo anxicoSO: oxgeno disueltoh: Factor de correccin para hidrlisisXAH: biomasa auttrofa activaks : AmonificacinSalk: alcalinidadkh, Kx: HidrlisisModelos planteadosBalance de materia orgnica soluble inerte (1)

Balance de la DBO (2)

Balance de materia orgnica particulada inerte (2)

Balance de sustrato de degradacin lenta (4)

Balance de biomasa activa hetertrofa (5)

Balance de biomasa activa auttrofa (6)

Balance de partcula procedente del decaimiento celular (7)

Balance de OD en el agua (8)

Balance de nitrato y nitrito (9)

Balance de nitrgeno amoniacal (10)

Balance de nitrgeno orgnico soluble (11)

Balance de nitrgeno orgnico particulado (12)

Balance de alcalinidad (13)

Tabla. Caudal de diseo de la PTARDescripcinValorUnidadesCaudal promedio de diseo planta1 296,0m3/dCaudal promedio de diseo por mdulo432,0m3/dNmero de mdulos totales3-Nmero de naves por mdulo2-Caudal promedio de diseo por reactor216m3/dTabla. Parmetros de diseo de la PTAR

Tabla. Caracterizacin microbilogica hetertrofa en los lodos activos en condiciones aerbicas de la PTAR

Balance simplificado de DQO biodegradable (14)

Alance simplificado de DQO celular (15)

Balance simplificado de OD (16)

Tabla. Clasificacin de variables del modelo ASM1 Simplificado

Lazos de control propuesto para el control del OD y DQO biodegradable, para ambas mediciones on line

Lazos de control propuesto para el control Del OD y DQO biodegradable, para medicin on line de OD y virtual de DQO

Figura. Respuesta DQO y OD en estado estacionario del sistema no controlado ante distintos valores de perturbaciones escaln

Figura. Respuesta DQO y OD en estado estacionario del sistema no controlado ante distintos valores de perturbaciones escalnTabla. Funciones de transferencia de la representacin input-output del sistema ASM1

Tabla. Valores de sintona de PID

ReferenciaCorts M., L.M. 2007. Simulacin de un control no lineal de oxgeno disuelto y demanda qumica de oxgeno en un reactor de lodos activados. Tesis de Ing. Civil Qumico e Ing. Civil en Biotecnologa. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas, Departamento de Ingeniera Qumica y Biotecnologa. Chile.