CPI 1 - clase 1

Control de procesos industriales I

Ing. Ángela Bravo Sánchez M.Sc

CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012

¿QUÉ ES UN PROCESO?


PROCESO

El término proceso utilizado en control de

procesos, se refiere a cambiar o refinar materias

primas para lograr un producto final.


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


PROCESOS INDUSTRIALES

Ejemplos de procesos industriales


PROCESOS INDUSTRIALES

Ejemplos de procesos industriales

Industrias químicas

Petróleo y gas

Alimentos y bebidas

Industria farmacéutica

Tratamientos de agua

Generación de energía

Etc.


¿QUÉ ES UN CONTROL

PROCESOS?


CONTROL DE PROCESOS

Se refiere a los métodos que son usados para

controlar las variables del proceso

Por ejemplo:


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


¿POR QUÉ CONTROLAR

PROCESOS?


¿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



Reducir la variabilidad del producto final

Al reducir la variabilidad del producto final

garantizamos un producto de alta calidad

constantemente



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.



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



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)


TÉRMINOS EMPLEADOS EN

EL CONTROL DE PROCESOS


Sistema

Es la combinación de componentes que actúan

conjuntamente y cumplen un determinado

objetivo.


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.


Ejemplos de sistemas: Motor DC

Variables de entrada

Variables de salida

Perturbaciones


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

Métodos para conseguir que un conjunto de

variables ó parámetros del entorno tengan valores

pre-especificados


Sistema de control

Un sistema de control es conjunto de elementos

necesarios para conseguir el objetivo de control


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


Variable de proceso

Son aquellas que pueden cambiar las

condiciones de un proceso.

Por ejemplo:


Variable de proceso

Son aquellas que pueden cambiar las

condiciones de un proceso.

Por ejemplo:

Presión

Flujo

Nivel

Temperatura

Densidad

PH (acidez – alcalinidad)


Setpoint o punto de ajuste

Valor al que se desea mantener una variable de

proceso

Por ejemplo:


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


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


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


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


CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS

DE CONTROL

Sistemas de control en lazo abierto

Sistemas de control en lazo cerrado



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:



Existen cuando la variable del proceso no es


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.



Existen cuando la variable del proceso es


acción que permite corregir cualquier desviación

Por ejemplo:



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.



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.


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










Objetivo:

Controlar la temperatura de salida del proceso

para mantenerla en el calor deseado



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



¿Qué variable del proceso permite corregir la

desviación de temperatura?



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


Clasificación de los sistemas de

control a lazo cerrado

Manuales: controlado por un operador humano


Clasificación de los sistemas de

control a lazo cerrado

Automático: controlado por un dispositivo


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:



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



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



3. Transmisor o elemento secundario

Convierte la lectura de un sensor o transductor en

señales estándar para ser transmitidas



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.



5. Dispositivo corrector o elemento final de

control

Es quien actúa físicamente para cambiar la

variable manipulad. Por ejemplo una válvula o un

motor.


Operaciones básicas de un sistema de

control

1. Medición

2. Decisión

3. Acción


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


Señales de transmisión

Señales que se usan para la comunicación

entre instrumentos de un tipo de sistema

Por ejemplo:


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


Estrategias de control

Control por retroalimentación o control feedback

Control por acción pre-calculada o control

feedforward


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 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 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 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


Ejemplo del intercambiador de calor

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