Questão 4

Num vaso bifásico (líquido-líquido), cuja alimentação é proveniente do fundo de uma torre de destilação, identifique quantos controladores de nível são necessários e qual(s) a(s) variável(s) manipulada(s) correta(s) para esse(s) controle(s). Considere que o líquido leve é enviado para uma outra torre de destilação e o líquido pesado é enviado para descarte.

Passo 1

Então, olha só o que a questão pede: temos um vaso separador líquido–líquido que recebe a mistura lá embaixo de uma torre de destilação. Dentro do vaso, o líquido pesado fica embaixo e o leve “flutua” em cima. Depois disso, o leve sai para outra torre e o pesado vai pro descarte.
Conteúdo: controle de nível em vasos bifásicos. Vamos precisar entender o que é controle de nível total, o que é controle de nível de interface (a “fronteira” entre os líquidos) e como escolher as variáveis manipuladas (as vazões de saída).

Passo 2

Teoria básica – controle de nível em separador bifásico
  1. Em qualquer tanque, o nível varia conforme a diferença entre vazão de entrada e de saída. Em forma simplificada:
dLdt = Frm in - Frm outA
onde é o nível, as vazões e a área da secção.
2) No separador bifásico, temos dois níveis de interesse:
• nível total (altura “cheia” do líquido)
• posição da interface (altura da fronteira líquido pesado/liquido leve)
3) Para manter o nível total estável, fechamos/abrimos a válvula do líquido leve; para manter a interface, atuamos na válvula do líquido pesado. Assim cada controlador corrige um nível diferente.

Passo 3

Aplicando ao nosso vaso:
  1. Controlador de interface (nível ):
    • Sensor mede onde está a “fronteira” entre pesado e leve.
    • Se a interface sobe demais (tem mais leve), o controlador abre mais a válvula do pesado para deixar esse sair e baixar a interface.
    • Variável manipulada: vazão do líquido pesado .
  2. Controlador de nível total (nível ):
    • Sensor mede o nível geral.
    • Se o nível total sobe (entrada > saída), o controlador abre a válvula do líquido leve para mandar mais leve embora e equilibrar.
    • Variável manipulada: vazão do líquido leve .

Resposta

Dois controladores de nível são necessários:
  1. Controle de interface (nível ), manipulando a vazão do líquido pesado .
  2. Controle de nível total (nível ), manipulando a vazão do líquido leve .

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