• Author / Uploaded
• Franco Cruz

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

Control de Procesos Introducción 2018- II

1

Control de Procesos

Generalidades • La planta de procesamiento es un conjunto de operaciones y procesos conectados en forma secuencial. • El adecuado procesamiento de materias primas e insumos en la planta se puede lograr cumpliendo una determinada consigna en cada operación y proceso. • El punto de operación requerido puede ser simple (cierto pH o temperatura) o complejo (determinada rentabilidad). • Sin embargo, los procesos son de naturaleza dinámica porque siempre ocurren cambios en su desarrollo. • Por ello se debe emprender las acciones necesarias para que las variables de proceso conserven sus valores. • El objetivo del control de procesos es mantener en el valor determinado de operación a las variables del proceso.

Objetivos Generales del Control de Procesos • Incentivo económico • Reducir la variabilidad • Balance entre complejidad y beneficios • Cumplimiento de seguridad, medioambiente y protección de equipos.

Control de Procesos El control de procesos trata de mantener, mediante un sistema automático, las principales variables de un proceso en valores próximos a los deseados a pesar de las posibles perturbaciones .

Conceptos Básicos

Definiciones Planta: Objeto, proceso o máquina que se desea controlar Salida: Variable que indica el comportamiento que deseamos controlar (debe ser medible) Entrada: Variable manipulable que afecta el comportamiento de la planta y por lo tanto la salida Un sistema de una entrada y una salida se denomina SISO (single input, single output) Si tiene varias entradas y varias salidas se denomina MIMO (multiple input, multiple output)

Entrada

Planta

Salida

Concepto de Procesos Objeto (sistema) donde se aplicaría una acción de control..

Variables de Entrada

Variables de Salida

Función que las relaciona

NO se puede controlar un proceso sin especificar sus 3 componentes

¿Control de Procesos? FUGA DEL ESTADO ESTACIONARIO Objetivo: mantener ciertas variables de los procesos de transformación, dentro de determinados rangos de valores que garantizan los mejores resultados.

Variable de Proceso

Estado Estacionario 2

Minimiza o elimina variaciones en el tiempo de las variables que lo determinan. Estudia el comportamiento de los procesos cuando se escapan del estado estacionario deseado. Requiere conocer a profundidad:  Las variables y sus interrelaciones  Los fenómenos de transformación que los determinan.

Tiempo

Estado Estacionario 1

Análisis y tipos de Variables Variable de proceso: Pueden cambiar las condiciones de un proceso Variable medida (respuesta): Es aquella que se desea mantener estable

Setpoint: Valor al que se desea mantener una variable de interés

Variable manipulable: Varía para mantener constante la variable medida

VARIABLES DE ENTRADA

VARIABLES DE SALIDA

Criterios para identificar las Variables respuesta o controlables de un proceso dado. ►Criterio de Calidad: Variables que determinan directamente la calidad del producto. ►Conectividad de Variables: las variables cuya influencia en el sistema es alta sea por estar muy conectada con un buen número de otras variables son usualmente elegidas para ser controladas. ►Criterio de Seguridad: Variables que al no estar controladas pueden provocar accidentes o deterioro de los equipos o instrumentos. ►Criterio Ambiental: variables que contaminan el ambiente y que están sujetas a monitoreo por entidades especializadas. ►Criterio de Seguimiento para fines de mejoramiento o investigación: variables de interés para un estudio concreto. ►Criterio técnico: variables que pueden ser medidas con instrumentos adecuados al sistema de control. ►Criterio económico: el costo de controlar una au otra variable puede determinar la decisión de control.

¿Qué es la automatización de Procesos? Convertir una actividad manual o semi-manual en una actividad mecanizada que tenga una operación automática y/o bajo control.

► ► ► ►

Reduce el esfuerzo físico. Elimina operaciones de riesgo. Incrementa la productividad. Mejora la eficiencia del proceso.

Ejemplo de un control de proceso

Molino cilíndrico de guijarros

¿Qué se necesita para que el molino funcione por largos períodos de tiempo?

Molino cilíndrico de guijarros

Filtro

Aceite Intercambiador de calor

Agua

Actuador Manipulación

Proceso Agua

Aceite Intercambiador de calor

Sensor Controlador IN1

35.67 Auto Man

Referencia

Variable de proceso

Control de temperatura

Sistema de control automático – Modelo o mapa conceptual

Referencia

Actuador

Controlador

Proceso

Manipulación

Sensor Variable de proceso

Qué es el Control Automático? El control automático se puede entender como la ciencia de la Retroalimentación. La Retroalimentación permite regular el comportamiento de variables del mundo real de acuerdo a un objetivo deseado

Control de realimentación manual

Control de realimentación automática

Qué es el Control Automático? La retroalimentación consiste en usar información de la variable que deseamos controlar y compararla con lo deseado para generar un error y de acuerdo a este error, actuar sobre el sistema.

Salida deseada

Compa- error actuador Entrada ración

Sistema

Salida a controlar

sensor

Qué es el Control Automático? Por ejemplo, si deseamos mantener el buen aspecto de las plantas de un jardín Necesitamos: Definir la variable de interés (salida)

Candidatos: El color verde de las plantas La humedad del terreno La temperatura ambiente La variable elegida debe ser medible

Qué es el Control Automático? Necesitamos también: Tener una variable (entrada) que afecte el comportamiento de la salida: temperatura ambiente agua de riego fertilizante La entrada debe ser manipulable

Necesitamos también: Alguna manera de medir la salida elegida (sensor) Alguna manera de manipular la entrada elegida (actuador)

Solución posible Salida: verdor y buen estado de las plantas Entrada: humedad y nutrientes del terreno Sensor: vista humana Actuador: dispositivos de riego y fertilizante activados por el humano.

La solución anterior no es un control automático, pues emplea un ser humano dentro del esquema de retroalimentación. Sin embargo, las ideas básicas son las mismas si se reemplaza al humano por un sensor electrónico p. ej. Una cámara de video computarizada y válvulas electroactuadas.

Operación manual de un proceso

Operación manual o en lazo abierto

Control en Lazo Abierto: la variable de proceso no es comparada y se genera una acción independientemente de las condiciones de la misma. * Se emplea solo cuando se conoce perfectamente el modelo de la planta y no hay perturbaciones externas ni internas.

Referencia

Acción actuador Entrada controlador de control

Planta

Salida

Operación automática

Operación en lazo cerrado

Control en Lazo Cerrado: Utiliza un lazo de retroalimentación basado en la medición de la salida real de la planta y su comparación con la referencia (salida deseada)

Referencia

Acción actuador Entrada controlador de control

Planta

Salida

sensor

Componentes

Definiciones Sensor: Dispositivo empleado para medir las variables de interés de la planta (normalmente las salidas) Actuador: Dispositivo que nos permite manipular las variables de entrada de la planta. Controlador: Cualquier dispositivo que genera una acción de control sobre el actuador para lograr el comportamiento deseado

Acción de control

actuador

Entrada

Planta Salida medida

Salida

sensor

Control de Lazo Abierto y Lazo Cerrado

Otras Definiciones Perturbaciones: Son variaciones indeseables que afectan el comportamiento de la planta y por lo tanto su salida. Pueden ser: Conocidos, desconocidos, constantes, variables, internos, externos, acotados, no acotados, aleatorios, etc. Pero en general no son manipulables.

Perturbaciones

Referencia

Acción actuador Entrada controlador de control

Salida

Planta

sensor Offset Es una variación constante de la variable de proceso, respecto del setpoint. Algoritmo de control Es la expresión matemática de una función de control.

Diagrama de bloques de un sistema de control Son representaciones graficas utilizadas para expresar a través de bloques las conexiones funcionales de los elementos del sistema de control. Los elementos utilizados para construir los diagramas de bloques son:

Flechas: representan las variables controladas y no controladas (Señales). Bloques: representan los elementos de control (medidores, controladores, proceso y demás dispositivos.

Comparadores: compara las señales del sistema, dando como resultado la adición o diferencia de señales. También se les dice puntos de suma o diferencia.

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN SISTEMA DE CONTROL: Proceso: objeto en el cual se desea implementar el control Variable Controlada: variable real del proceso que se va a controlar Variable de Referencia: valor deseado para la variable a controlar Medidor: mide el valor real de la variable controlada Controlador: ejecuta el método y algoritmo para controlar Actuador: realiza la acción directa sobre el proceso Error: diferencia entre le valor real y el valor deseado de la variable controlada Señal de Regulación: salida del controlador Señal Regulada: salida del Actuador Señal de Perturbación: variable no controlada que afecta al proceso Señal Medida: salida del medidor

Sistema de control automático – Modelo o mapa conceptual Proceso instrumentado Referencia

T

Controlador

Actuador

Proceso

Manipulación

T

Sensor Variable de proceso

Transmisor

T: transductor

Elementos básicos del lazo de control realimentado

Error Es la diferencia entre la variable medida y el setpoint. Puede ser + ó -. Está compuesto por: – Magnitud – Duración – Velocidad de variación

X Variación

SP

Duración

Magnitud

Tarea N° 1

En el hogar se encuentran muchos sistemas de control de lazo abierto y de lazo cerrado. Haga una lista con diversos ejemplos y descríbalos esquemáticamente señalando las variables implicadas.