procesos industriales

Control de procesos industriales I

Ing. ngela Bravo Snchez M.Sc

CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES I AGOSTO DE 2012

QU ES UN PROCESO?


PROCESO

El trmino 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 fsico 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 qumicas

Petrleo y gas

Alimentos y bebidas

Industria farmacutica

Tratamientos de agua

Generacin de energa

Etc.


QU ES UN CONTROL

PROCESOS?


CONTROL DE PROCESOS

Se refiere a los mtodos que son usados para controlar las variables del proceso

Por ejemplo:


CONTROL DE PROCESOS

Se refiere a los mtodos que son usados para controlar las variables del proceso

Por ejemplo: La proporcin de un ingrediente a otro

La temperatura de los materiales

Lo bien que se mezclan los ingredientes

La presin aplicada al material

* Todas estas variables pueden afectar significativamente la calidad del

producto final


POR QU CONTROLAR

PROCESOS?


POR QU CONTROLAR PROCESOS?

Los fabricantes controlan un proceso de produccin para:

Reducir la variabilidad del producto final

Incrementar la eficiencia

Reducir impacto ambiental

Mantener el proceso dentro de los lmites 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 operacin especficos para mantener la

eficiencia.

Por ejemplo: La temperatura a la que una reaccin qumica 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 presin de la caldera adecuada es crucial en la prevencin de implosiones

de la caldera que claramente puede amenazar la

seguridad de los trabajadores



Reducir impacto ambiental

Asegurar el cumplimiento de la normativa de proteccin medio-ambiental (los efluentes slidos,

lquidos y gaseosos no deben superar valores lmite

de temperatura, pH concentracin)


TRMINOS EMPLEADOS EN

EL CONTROL DE PROCESOS


Sistema

Es la combinacin de componentes que actan conjuntamente y cumplen un determinado

objetivo.


Sistema

Variable de entrada: es una variable del sistema tal que una modificacin de su magnitud o condicin puede

alterar el estado del sistema.

Variable de salida: es una variable del sistema cuya magnitud o condicin se mide.

Perturbacin: es una seal que tiende a afectar el valor de la salida de un sistema. Hay perturbacin 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

Posicin del eje

Perturbaciones Externa: par de carga

Interna: temperatura dentro del motor


Control

Mtodos para conseguir que un conjunto de

variables parmetros 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 posicin 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: Presin

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 100C => setpoint = 100C


Variable controlada y manipulada

Variable controlada

Es la variable que se debe mantener o controlar

dentro de algn valor deseado.

Variable manipulada

Es la variable que se vara 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

negativo.

Ejemplo: variable controlada = 110C

Setpoint= 100C

Error=+10C

El objetivo de cualquier sistema de control es

minimizar o eliminar el error


Otras variables

Perturbacin

Cualquier variable que ocasiona que la variable

controlada se desvi del punto de control

Offset

Es una variacin constante de la variable del

proceso respecto al setpoint


CLASIFICACIN 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

accin independiente de las condiciones de la

misma

Por ejemplo:



Existen cuando la variable del proceso no es comparada con el setpoint y se genera una

accin independiente de las condiciones de la

misma

Por ejemplo:

Abrir la vlvula de agua refrigerante a un proceso

en un intervalo de tiempo prestablecido

independientemente de la temperatura real.



Existen cuando la variable del proceso es comparada con el setpoint y se genera una

accin que permite corregir cualquier desviacin

Por ejemplo:



Suponga que esta sentado al frente de una chimenea en una noche fra.

Empieza a sentir frio, entonces lanza un leo al fuego para aumentar la temperatura de la habitacin.



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 condicin

deseada aadiendo mas lea al fuego.


Intercambiador de calor

La corriente en proceso se calienta mediante vapor de condensacin

El vapor se suministra al intercambiador de calor en estado gaseoso, el cual cambia dentro del

intercambiador a estado lquido (condensado) y despus

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 desviacin



Qu variable del proceso permite corregir la

desviacin de temperatura?



Se puede usar el flujo del vapor para corregir la desviacin de temperatura

Si T(t) < Td abrir la vlvula para aumentar el flujo del vapor

Si T(t) > Td cerrar la vlvula para disminuir el flujo del vapor


Clasificacin de los sistemas de

control a lazo cerrado

Manuales: controlado por un operador humano


Clasificacin de los sistemas de

control a lazo cerrado

Automtico: controlado por un dispositivo


Componentes del lazo de control

1. Elementos primarios o sensores:

Instrumento que est midiendo los cambio en el

proceso y reporta la medicin de las variables del

proceso

Ejemplos:



1. Elementos primarios o sensores:

Instrumento que est midiendo los cambio en el

proceso y reporta la medicin de las variables del

proceso

Ejemplos:

Sensores de presin

Tubos de flujo magntico

Sensores de temperatura



2. Transductores y convertidores

Transductores : Dispositivos que convierten una

seal mecnica en una seal elctrica

Convertidores: Convierten un tipo de seal en otra

Ejemplo: Corriente a voltaje --- anlogo a digital



3. Transmisor o elemento secundario

Convierte la lectura de un sensor o transductor en

seales estndar 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 accin correctiva.



5. Dispositivo corrector o elemento final de

control

Es quien acta fsicamente para cambiar la

variable manipulad. Por ejemplo una vlvula o un

motor.


Operaciones bsicas de un sistema de

control

1. Medicin

2. Decisin

3. Accin


Control regulador y servocontrol

Control regulador: son sistemas diseados para compensar las perturbaciones a la que

puede estar sometida la variable controlada

Servocontrol: Son sistemas diseados para que la variable controlada se ajuste al valor del

setpoint


Seales de transmisin

Seales que se usan para la comunicacin entre instrumentos de un tipo de sistema

Por ejemplo:


Seales de transmisin

Seales que se usan para la comunicacin entre instrumentos de un tipo de sistema

Por ejemplo:

Seal neumtica o presin de aire: abarca entre 3 y 15 psi

Seal anloga: toma valores entre 4 y 20 mA

Seal digital o discreta: toma el 1 o el 0


Estrategias de control

Control por retroalimentacin o control feedback

Control por accin pre-calculada o control feedforward


Control por retroalimentacin

Es aquel que tiende a mantener una relacin pre-establecida entre la salida y la referencia

(setpoint), comparndolas y utilizando la

diferencia como medio de control.

Controlador Elemento final

de control Proceso

Instrumento de medicin

Perturbacin

Variable

Controlada

Variable

manipulada

Variable

Del proceso

Error Setpoint


Control por accin 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 automtico feedforward



Control manual feedforward

La perturbacin 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 mnimo el efecto de

la perturbacin

Desventaja: Depende de gran medida del operador y el conocimiento que tiene del

proceso



Control automtico feedforward

Se detecta y mide las perturbaciones que entran al sistema luego los controladores feedforward

varan el valor de las variables manipuladas de

acuerdo a estas mediciones

Proceso

Controlador

Perturbacin

Salida Variable manipulada

Setpoint


Ejemplo del intercambiador de calor

procesos industriales

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