Post on 24-Jun-2015
Control de procesos industriales I
Ing. Ángela Bravo Sánchez M.Sc
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
¿QUÉ ES UN PROCESO?
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
PROCESO
El término proceso utilizado en control de
procesos, se refiere a cambiar o refinar materias
primas para lograr un producto final.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
PROCESO
La materia prima, que puede o no cambiar de
estado físico durante el proceso, es transferida,
medida, mezclada, calentada, enfriada, filtrada,
almacenada o manipulada de alguna manera
para producir el producto final
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
PROCESOS INDUSTRIALES
Ejemplos de procesos industriales
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
PROCESOS INDUSTRIALES
Ejemplos de procesos industriales
Industrias químicas
Petróleo y gas
Alimentos y bebidas
Industria farmacéutica
Tratamientos de agua
Generación de energía
Etc.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
¿QUÉ ES UN CONTROL
PROCESOS?
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
CONTROL DE PROCESOS
Se refiere a los métodos que son usados para
controlar las variables del proceso
Por ejemplo:
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
CONTROL DE PROCESOS
Se refiere a los métodos que son usados para
controlar las variables del proceso
Por ejemplo:
La proporción de un ingrediente a otro
La temperatura de los materiales
Lo bien que se mezclan los ingredientes
La presión aplicada al material
* Todas estas variables pueden afectar significativamente la calidad del
producto final
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
¿POR QUÉ CONTROLAR
PROCESOS?
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
¿POR QUÉ CONTROLAR PROCESOS?
Los fabricantes controlan un proceso de
producción para:
Reducir la variabilidad del producto final
Incrementar la eficiencia
Reducir impacto ambiental
Mantener el proceso dentro de los límites de
seguridad que corresponda
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
¿POR QUÉ CONTROLAR PROCESOS?
Reducir la variabilidad del producto final
Al reducir la variabilidad del producto final
garantizamos un producto de alta calidad
constantemente
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
¿POR QUÉ CONTROLAR PROCESOS?
Incrementar la eficiencia
Algunos procesos necesitan ser mantenidos en un
punto de operación específicos para mantener la
eficiencia.
Por ejemplo: La temperatura a la que una reacción
química tiene lugar. El control preciso de la
temperatura garantiza la eficiencia del proceso.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
¿POR QUÉ CONTROLAR PROCESOS?
Garantizar la seguridad
Es importante asegurar que el proceso no alcance
situaciones peligrosas o que la calidad del producto
cumpla especificaciones
Por ejemplo, mantener la presión de la caldera
adecuada es crucial en la prevención de implosiones
de la caldera que claramente puede amenazar la
seguridad de los trabajadores
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
¿POR QUÉ CONTROLAR PROCESOS?
Reducir impacto ambiental
Asegurar el cumplimiento de la normativa de
protección medio-ambiental (los efluentes sólidos,
líquidos y gaseosos no deben superar valores límite
de temperatura, pH ó concentración)
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
TÉRMINOS EMPLEADOS EN
EL CONTROL DE PROCESOS
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistema
Es la combinación de componentes que actúan
conjuntamente y cumplen un determinado
objetivo.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistema
Variable de entrada: es una variable del sistema tal que
una modificación de su magnitud o condición puede
alterar el estado del sistema.
Variable de salida: es una variable del sistema cuya
magnitud o condición se mide.
Perturbación: es una señal que tiende a afectar el valor
de la salida de un sistema. Hay perturbación interna y
externa.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Ejemplos de sistemas: Motor DC
Variables de entrada
Variables de salida
Perturbaciones
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Ejemplos de sistemas: Motor DC
Variables de entrada
Voltaje
Variables de salida
Velocidad de giro del
eje
Posición del eje
Perturbaciones
Externa: par de carga
Interna: temperatura
dentro del motor
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Control
Métodos para conseguir que un conjunto de
variables ó parámetros del entorno tengan valores
pre-especificados
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistema de control
Un sistema de control es conjunto de elementos
necesarios para conseguir el objetivo de control
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Ejemplo de sistemas con control
Motor DC controlado por armadura
Objetivo: velocidad o posición deseadas
Variables de control: voltaje o intensidad de
armadura
Perturbaciones: par de carga
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Variable de proceso
Son aquellas que pueden cambiar las
condiciones de un proceso.
Por ejemplo:
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Variable de proceso
Son aquellas que pueden cambiar las
condiciones de un proceso.
Por ejemplo:
Presión
Flujo
Nivel
Temperatura
Densidad
PH (acidez – alcalinidad)
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Setpoint o punto de ajuste
Valor al que se desea mantener una variable de
proceso
Por ejemplo:
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Setpoint o punto de ajuste
Valor al que se desea mantener una variable de
proceso
Por ejemplo:
El nivel de un tanque no puede exceder 2 metros
=> setpoint=2 metros
La temperatura de un proceso debe ser de 100°C
=> setpoint = 100°C
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Variable controlada y manipulada
Variable controlada
Es la variable que se debe mantener o controlar
dentro de algún valor deseado.
Variable manipulada
Es la variable que se varía para mantener a la
variable controlada en el punto de control
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Error
Es la diferencia entre la variable controlada y el
setpoint o el punto de ajuste. Puede ser positivo
ó negativo.
Ejemplo:
variable controlada = 110°C
Setpoint= 100°C
Error=+10°C
El objetivo de cualquier sistema de control es
minimizar o eliminar el error
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Otras variables
Perturbación
Cualquier variable que ocasiona que la variable
controlada se desvié del punto de control
Offset
Es una variación constante de la variable del
proceso respecto al setpoint
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CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
DE CONTROL
Sistemas de control en lazo abierto
Sistemas de control en lazo cerrado
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistemas de control en lazo abierto
Existen cuando la variable del proceso no es
comparada con el setpoint y se genera una
acción independiente de las condiciones de la
misma
Por ejemplo:
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistemas de control en lazo abierto
Existen cuando la variable del proceso no es
comparada con el setpoint y se genera una
acción independiente de las condiciones de la
misma
Por ejemplo:
Abrir la válvula de agua refrigerante a un proceso
en un intervalo de tiempo prestablecido
independientemente de la temperatura real.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistemas de control en lazo abierto
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistemas de control en lazo cerrado
Existen cuando la variable del proceso es
comparada con el setpoint y se genera una
acción que permite corregir cualquier desviación
Por ejemplo:
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistemas de control en lazo cerrado
Suponga que esta sentado al frente de una chimenea en
una noche fría.
Empieza a sentir frio, entonces lanza un leño al fuego
para aumentar la temperatura de la habitación.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Sistemas de control en lazo cerrado
Una variable (temperatura) cayo por debajo del punto
de ajuste (su nivel de comodidad) y usted tomo
medidas para que el proceso retorne a la condición
deseada añadiendo mas leña al fuego.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Intercambiador de calor
La corriente en proceso se calienta mediante vapor de
condensación
El vapor se suministra al intercambiador de calor en
estado gaseoso, el cual cambia dentro del
intercambiador a estado líquido (condensado) y después
lo abandona.
http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/heating-with-steam.html
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Intercambiador de calor
Objetivo:
Controlar la temperatura de salida del proceso
para mantenerla en el calor deseado
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Intercambiador de calor
Objetivo:
Controlar la temperatura de salida del proceso
para mantenerla en el calor deseado
1. Medir la temperatura de salida T(t)
2. Comparar T(t) con el valor que se desea Td
3. Decidir que se debe hacer para corregir
cualquier desviación
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Intercambiador de calor
¿Qué variable del proceso permite corregir la
desviación de temperatura?
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Intercambiador de calor
Se puede usar el flujo del vapor para corregir la
desviación de temperatura
Si T(t) < Td abrir la válvula para aumentar el flujo del
vapor
Si T(t) > Td cerrar la válvula para disminuir el flujo
del vapor
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Clasificación de los sistemas de
control a lazo cerrado
Manuales: controlado por un operador humano
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Clasificación de los sistemas de
control a lazo cerrado
Automático: controlado por un dispositivo
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Componentes del lazo de control
1. Elementos primarios o sensores:
Instrumento que está midiendo los cambio en el
proceso y reporta la medición de las variables del
proceso
Ejemplos:
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Componentes del lazo de control
1. Elementos primarios o sensores:
Instrumento que está midiendo los cambio en el
proceso y reporta la medición de las variables del
proceso
Ejemplos:
Sensores de presión
Tubos de flujo magnético
Sensores de temperatura
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Componentes del lazo de control
2. Transductores y convertidores
Transductores : Dispositivos que convierten una
señal mecánica en una señal eléctrica
Convertidores: Convierten un tipo de señal en otra
Ejemplo: Corriente a voltaje --- análogo a digital
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Componentes del lazo de control
3. Transmisor o elemento secundario
Convierte la lectura de un sensor o transductor en
señales estándar para ser transmitidas
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Componentes del lazo de control
4. Controlador
Es un dispositivo que recibe los datos de los
instrumentos de medida compara esos datos con
el setpoint programado. Si es necesario le indica
al elemento final de control la acción correctiva.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Componentes del lazo de control
5. Dispositivo corrector o elemento final de
control
Es quien actúa físicamente para cambiar la
variable manipulad. Por ejemplo una válvula o un
motor.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Operaciones básicas de un sistema de
control
1. Medición
2. Decisión
3. Acción
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Control regulador y servocontrol
Control regulador: son sistemas diseñados
para compensar las perturbaciones a la que
puede estar sometida la variable controlada
Servocontrol: Son sistemas diseñados para
que la variable controlada se ajuste al valor del
setpoint
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Señales de transmisión
Señales que se usan para la comunicación
entre instrumentos de un tipo de sistema
Por ejemplo:
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Señales de transmisión
Señales que se usan para la comunicación
entre instrumentos de un tipo de sistema
Por ejemplo:
Señal neumática o presión de aire: abarca entre 3 y
15 psi
Señal análoga: toma valores entre 4 y 20 mA
Señal digital o discreta: toma el 1 o el 0
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Estrategias de control
Control por retroalimentación o control feedback
Control por acción pre-calculada o control
feedforward
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Control por retroalimentación
Es aquel que tiende a mantener una relación
pre-establecida entre la salida y la referencia
(setpoint), comparándolas y utilizando la
diferencia como medio de control.
Controlador Elemento final
de control Proceso
Instrumento de medición
Perturbación
Variable
Controlada
Variable
manipulada
Variable
Del proceso
Error Setpoint
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Control por acción pre-calculada
Las perturbaciones se compensan antes de que
afecte a la variable controlada.
Se miden las perturbaciones antes que entren al
proceso y se calcula el valor que se requiere de
la variable manipulada para mantener la
variable controlada en el valor deseado
Se divide en: control manual feedforward y
control automático feedforward
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Control por acción pre-calculada
Control manual feedforward
La perturbación que entra al proceso es
detectada y medida por el operador del proceso.
El operador modifica la variable manipulada por
una cantidad que reduzca al mínimo el efecto de
la perturbación
Desventaja: Depende de gran medida del
operador y el conocimiento que tiene del
proceso
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Control por acción pre-calculada
Control automático feedforward
Se detecta y mide las perturbaciones que entran
al sistema luego los controladores feedforward
varían el valor de las variables manipuladas de
acuerdo a estas mediciones
Proceso
Controlador
Perturbación
Salida Variable manipulada
Setpoint
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012
Ejemplo del intercambiador de calor