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• Alexander Torres

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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS

20/10/2010

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Temática Importancia del control de procesos
El sistema de control
Simbología
Tipos de control
Ejemplos


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Importancia del control de procesos

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Un Proceso puede definirse como: Etapas transformación de materia prima (bruta) en productos (terminados) usando operaciones químicas y físicas

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Los procesos pueden ser:


Discontinuos




Continuos




Semicontinuos

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Todo proceso es dinámico por naturaleza




Cambios en las variables de operación no permitirán alcanzar las condiciones de diseño Los procesos industriales potencialmente peligrosos




OBJETIVO DEL CONTROL DE PROCESOS Mantener al proceso en las condiciones óptimas (producción/ calidad) y seguras de operación

COMO HACERLO? Es necesario comprender muy bien el proceso 20/10/2010

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El control es importante principalmente por tres motivos:


Reducir la variabilidad (CALIDAD)

Aumentar COSTOS)







la

eficiencia

(REDUCCION

DE

Reducir el riesgo de accidentes (SEGURIDAD)

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El sistema de control

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Tres tipos de variables en un proceso:


Variables controladas (VC)

Son las variables a controlar. El valor deseado de una variable controlada se conoce como el «set point»


Variables manipuladas (VM)

Son las variables que pueden ser ajustadas libremente por el operador o un mecanismo de control para mantener las variables controladas en su «set point» (valor deseado para la variable controlada)


Variables de perturbación (VP)

Son variables que afectan a las variables controladas y sobre las cuales no se tiene ningún control 20/10/2010

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Encontrar las VC, VM, VP de un proceso es una etapa crítica en el desarrollo de un sistema de control

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Ejemplo 1: Calentamiento de perfectamente agitado

un Tanque

La temperatura Ti cambia con el tiempo. Como asegurarse que T permanecerá cerca del «set point»? Estrategias posibles:

Ti(t) w(t)

T(t) w(t)

Q(t) 20/10/2010

1. Medir

T y ajustar Q 2. Medir Ti y ajustar Q 3. Medir T y ajustar w 4. Medir Ti y ajustar w 5. Medir T y Ti y ajustar Q 6. Medir T y Ti y ajustar w 7. Ubicar un intercambiador en la corriente de entrada 8. Usar un tanque mas grande 11

El lazo de control:

En un lazo de control siempre se realizan tres operaciones:

variable controlada: Temperatura del agua

Medir
Comparar/Decidir
Ajustar

Medición: la piel




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set point: Temperatura de confort

Compara/Decide: el cerebro Ajuste: agregar agua caliente para aumentar la temperatura del agua

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Los sistemas de control están constituidos de tres elementos fundamentales:


Sensor/transmisor

También llamado elemento primario. Mide y transmite una señal representativa de la variable controlada. Acción: MEDICIÓN


Controlador Elemento de decisión, de acción de control. Acción: DECISIÓN




Elemento final de control Encargado de realizar la orden de control. Acción: AJUSTE

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Lazo Cerrado

existe si en el proceso la variable es medida, comparada y una acción es llevada a cabo para corregir su desviación de su valor deseado (set point). Controlador conectado al proceso.


Lazo Abierto

existe cuando la variable no es comparada y la acción es realizada sin tomar en cuenta el estado de la variable. Ejemplo: los rociadores de agua de jardines. Programados a funcionar a horas específicas sin tener en cuenta la humedad del suelo. Controlador desconectado 20/10/2010

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Ejemplo 2: Proceso de mezclado La corriente 1 es una mezcla de dos compuestos (A y B), se asume que su flujo w1 es constante pero su composición xA1 cambia con el tiempo. La corriente 2 es solo A y puede ser manipulada con una válvula. Como asegurarse que xA permanecerá cerca del «set point» xsp? w1 xA1(t) xB1(t)

AT AT

+

FF FF

AC AC

w2(t) xA2=1 AT AT

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w(t) xA(t)

Estrategias posibles: 1. Medir

xA y ajustar w2 2. Medir xA1 y ajustar w2 3. Medir xA y xA1 y ajustar w2

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Ejemplo 3: Control del nivel de líquido en un tanque LIC

w1(t)

w2(t) LT

w

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Existe una gran variedad de instrumentos y equipos que permiten implementar sistemas de control. Elementos primarios/sensores: medición de variables
Transductores : cambio de naturaleza de una señal
Transmisores: amplificación de una señal de un sensor o transductor (señal débil), en una señal estándar (fuerte) que se transmite al controlador; normalmente ya vienen acoplados a los sensores.
Indicadores: hacer visible la lectura de la medición en el punto de medición de la variable
Registradores: mantener un historial de las condiciones del proceso
Controladores: comparación y decisión
Elemento final de control: acción física de modificación sobre la20/10/2010 variable manipulada 17


Tres tipos de señales son utilizadas para transmitir la información:


Neumática normalmente entre 3 y 15 psi




Eléctrica normalmente entre 4 y 20 mA o 1 y 5 VDC




Digital o discreta ceros y unos

En muchas ocasiones es necesario utilizar transductores (P/D, E/P, P/I) 20/10/2010

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Simbología Instumentation, Systems and Automation (ISA) Society

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Estos símbolos permiten la representación de sistemas de control en papel o en computador (P&ID- piping and instrumentation drawings)

Figuras y Letras

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Instrumentos de medición

Válvulas neumática manual

Instrumentos de control/con indicadores de medición

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eléctrica

Bombas

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Símbolos para las conexiones y tuberías tubería conexión de proceso señal eléctrica señal neumática conexión de datos tubería capilar señal hidráulica señal electromagnética

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Identificación 1. variable 2. otra función / especificación 3. función

FIC 123 número referencia

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Tipos de control

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AT AT

+

FF FF

AC AC

w2(t) xA2=1

xA1(t) xB1(t)

AT AT

Ejemplo 2: Proceso de mezclado

w(t) Estrategias posibles: xA(t)

1. 2. 3.

Retroalimentación Por acción precalculada Retroalimentación-ac.precalc.

1. 2. 3.

Medir xA y ajustar w2 Medir xA1 y ajustar w2 Medir x y xA1 y ajustar w2

Otras estrategias: Por razón, En cascada o Predictivo 20/10/2010

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Control por retroalimentación AC

w1(t) xA1(t) xB1(t)

XA1(t) 1

w2(t) xA2=1 t AT

XA(t) 1

w(t) xA(t)

☺ Toma en cuenta todas las perturbaciones

t 1

Acción control lenta t 20/10/2010

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Control por acción precalculada w1(t) xA1(t) xB1(t)

AT

XA1(t)

FF

1

w2(t) xA2=1 t XA(t) 1

w(t) xA(t)

☺ Acción de control rápida No toma en cuenta todas las perturbaciones 20/10/2010

t 1

t 27

Control por retroalimentación y acción precalculada

AT

w1(t) xA1(t) xB1(t)

FF

+

AC

w2(t) xA2=1 AT

w(t) xA(t)

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Formación necesaria para el control de procesos


Conocimiento de los principios de ingeniería de procesos (termodinámica, fenómenos de transporte, cinética, etc…)




Conocimiento del comportamiento dinámico de procesos (modelamiento, ecuaciones diferenciales, transformada de Laplace)

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