CONTENIDOS

CAPITULO ICONCEPTOS Y DEFINICIONES BÁSICAS pdf control de procesos1.1 Breve historia del control de procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Contexto de la disciplina y su relación con la industria alimentaria . . . . . . . . . . . . . apuntes dinamica1.1 Definiciones 1.2 clasificación de Variables estos dos combinar del pdf control de procesos y de apuntes dinámica problemas1.3 Diseño al Estado Estacionario 1.4 Control de procesos 1.5 Niveles de control 1.6 El estado no estacionario 1.7 Principios básicos de diseño de sistemas de control

CAPITULO 2

2 SISTEMAS DE CONTROL 2.1 Sistema de control retroalimentado “feedback”2.2 Servosistemas 2.3 Sistemas de regulación automática 2.4 Sistemas de control de procesos 2.5 Sistema de control de lazo cerrado (“clossed loop”) 2.6 Sistema de control de lazo abierto 2.7 Sistema de control de lazo cerrado versus de lazo abierto2.8 Control combinado de lazo abierto y lazo cerrado 2.9 Sistemas de control adaptables 2.10 Sistemas de control con aprendizaje 2.11 Clasificación de sistemas de control

3 MODELIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE PROCESOS QUÍMICOS

Cómo abordar la dinámica de un sistema ¿Qué se desea conocer? apuntes

Modelo dinámico de un proceso. Aki kiero k entre como se hacen los balances de energía y masa

Aplicaciones de un modelo matemático en control de procesos.

Tipos de modelos matemáticos dinámicos.

Leyes fundamentales para el desarrollo de modelos. Ejemplos.

Linealizacion de sistemas no lineales

4 DIAGRAMAS DE BLOQUES Bloques en serie Bloques en paralelo Bloques en retroalimentación

Bloques con cadenas cruzadas Reducción del diagrama de bloques Reducción del diagrama de bloques usando UNTSIM

CAPITULO IV5 LA TRANSFORMADA DE LAPLACE Concepto de una transformada Transformada de Laplace con UNTSIM Consideraciones de la Transformada de Laplace Transformada de una derivada Transformada de una derivada con UNTSIMTransformada de una integralTransformada inversa Propiedades de las transformadas Teorema del valor inicial Teorema del valor final Teorema del retardo puro

CAPITULO V6 SOLUCION DE ECUACIONES DIFERENCIALES Inversión por fracciones parciales Cuando contiene únicamente polos distintos Cuando tiene polos múltiples Descomposición en fracciones parciales con MATLAB Descomposición en fracciones parciales con UNTSIM Uso de UNTSIM para invertir F(s) a f(t) Solución de ecuaciones lineales invariantes en el tiempo Uso de UNTSIM para resolver EDO

CAPITULO VI7 LA FUNCION DE TRANSFERENCIA Elementos de la función de transferencia Modelamiento matemático de sistemas dinámicos Sistemas lineales y no lineales Sistemas linealesSistemas no lineales Linealización Variables de desviación Función de transferencia de los elementos de un sistema de control Función de transferencia del proceso Intercambiador de calor Sistema de nivel de líquido: Caso lineal Sistema de nivel de líquido: Caso no lineal Sistemas térmicos Sistema de mezclado Sistema de reacciónUso de UNTSIM para obtener la función de transferencia

Tres reactores CSTR en serie Dos tanques calentados Función de transferencia del elemento de medida (sensor) Función de transferencia de un termómetro de mercurio Función de transferencia del controlador

Control proporcional Control encendido-apagado (on-off) Control proporcional – integral PIControl proporcional – integral - derivativo Función de transferencia del elemento final de control(válvula) Válvulas de control Actuadores de posición final Posicionadores y elevadores de potencia Válvulas alimentadoras de sólidosPropulsores de velocidad variable Función de transferencia de elementos de transporte Polos y ceros de la Función de Transferencia Ceros y polos de la función de transferencia con UNTSIM Ganancias al estado estacionario Función de transferencia de lazo abierto y función de transferencia directa Función de transferencia de lazo cerrado Sistemas sometidos a una perturbación de carga Operación para análisis de sistemas de control

CAPITULO VIII8 RESPUESTAS TRANSITORIAS Funciones elementales de excitación Función escalón Impulso unidad Rampa unidad Función sinusoidal Análisis temporal de los sistemas de primer orden Respuesta a escalón unidad Respuesta a impulso unidad Respuesta a entrada en rampa

Propiedades de los sistemas lineales invariantes en el tiempo Respuesta de sistemas de primer orden en serie Sistema no interactuante Generalización de varios sistemas no interactuantes Sistemas interactuantes Definición de los parámetros de respuesta transitoria Análisis teórico de la respuesta escalón Comentarios sobre los parámetros de respuesta transitoria

9 Sistemas lineales de primer orden Definición de sistema lineal de primer orden Respuesta a una entrada en escalón Respuesta a una función impulso Respuesta a una función sinusoidal Problemas

10 Sistemas lineales de segundo orden Definición de sistema de segundo orden Respuesta a una entrada en escalón Respuesta sobreamortiguada Respuesta críticamente amortiguada Respuesta subamortiguada Linealización Retrasos Problemas

11 Acciones de control Descripción de un bucle de control Control proporcional (P) Control Proporcional + Integral (PI) Control Proporcional + Derivativo (PD) Control Proporcional + Integral + Derivativo (PID)Problemas

12 CONTROL POR RETROALIMENTACIÓN DE SISTEMAS LINEALES Acción de control proporcional Procesos de primer orden Procesos de 2o orden Acción de control integral Acción de control derivativa Acciones de control combinadas Acción de control PI Acción de control PID Influencia de los retrasos Introducción al diseño de sistemas de control por retroalimentación Problemas

a) PROGRAMA TEÓRICO: OBJETIVOS, CONTENIDOS Y PRÁCTICAS  

Objetivos:

- Comprender el importante papel de los Sistemas de Control en el sector industrial, y concretamente, en la industria química.

- Proporcionar el fundamento teórico y herramientas necesarios para plantear, diseñar y especificar estrategias sencillas de control, y para analizar y entender estrategias más complejas.

Se pretende que el alumno amplíe y complemente los conocimientos adquiridos en la asignatura de Control e Instrumentación de Procesos Químicos.

Esta asignatura se centra en el estudio del comportamiento dinámico de procesos sometidos a perturbaciones externas. Para ello, en primer lugar se desarrolla el modelo matemático dinámico del proceso; a continuación se aplican técnicas matemáticas de análisis y transformación de estos modelos para su utilización en problemas de control.

Se pretende dar una visión práctica de la asignatura sin descuidar el soporte teórico. Para ello se complementan las clases teóricas con problemas, y con la realización de prácticas de simulación sobre control de procesos empleando herramientas de software.

La asignatura incluye también una introducción a la estrategia en simulación de procesos químicos. 

Temario:

Tema 1. Introducción al control de procesos.Sistema de control: funciones, terminología, elementos. Clasificación de las variables de un proceso químico. Clasificación de sistemas de control. Fases del diseño de un sistema de control. Niveles de control de procesos.

Tema 2. Modelado matemático del comportamiento dinámico de procesos químicos. Modelo dinámico de un proceso. Aplicaciones de un modelo matemático en control de procesos. Tipos de modelos matemáticos dinámicos. Leyes fundamentales para el desarrollo de modelos. Ejemplos.

Tema 3. Análisis de la dinámica de sistemas en el dominio del tiempo.Linealización de funciones. Linealización de modelos dinámicos de procesos. Concepto de variables de desviación. Definición de parámetros para un sistema de 1º orden. Análisis general de la dinámica de sistemas de 1º orden.

Tema 4. Análisis de la dinámica de sistemas en el dominio de LaplaceTransformada de Laplace: uso en el análisis dinámico de sistemas de proceso. Funciones de transferencia. Diagramas de bloques. Sistemas de 1º orden. Sistemas de 2º orden.

Tema 5. Análisis de la dinámica de sistemas en el dominio de la frecuenciaConcepto de respuesta frecuencial. Obtención a partir de la función de transferencia. Diagrama de Bode. Estabilidad y robustez de un lazo de control.

Tema 6. Introducción a la estrategia y simulación de procesos. Modelos matemáticos y simulación. Ventajas y limitaciones de la simulación. La estrategia modular secuencial para la simulación de procesos. Estrategia de resolución simultánea en la simulación de procesos. Aplicación a procesos no estacionarios. Estudio de un software comercial.

b)BIBLIOGRAFÍA

- “Control e instrumentación de procesos químicos”. Ollero de Castro, P., Fernández de Castro, E. Ed. Síntesis. 1997.- “Chemical Process Control. An introduction to Theory and Practice”. Stephanopoulos, G. Ed. Prentice-Hall Inc. 1984.- “Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers”. Luyben, W.L. 2ª Ed. McGraw-Hill International. 1990. - “Process Control: modelling, design and simulation”. Bequette, W. Prentice-Hall.2003.- “Ingeniería de Control Moderna”. Ogata, K. Ed. Prentice-Hall International. 1979.- “Análisis y Simulación de Procesos”. Himmelblau, D.M., Bischoff, K.B. Editorial Reverté. 1992.- “Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos”. Scenna, N.J. . Ed. N.J. Scenna. 2002.- “Introduction to Material and Energy Balances”. Reklaitis, G.W. Ed. John Wiley &Sons. 1983- “Estrategia en Ingeniería de Procesos”. Rudd, D.F., Watson, Ch.C.. Alhambra. 1976

c) MÉTODO DE EVALUACIÓN - La asignatura se evalúa mediante examen presencial, con propuestas de desarrollo y cálculos, y a través del aprovechamiento de los seminarios y laboratorios prácticos.

- Se valorará el trabajo realizado por cada estudiante en las actividades prácticas programadas, y en los diferentes ejercicios que se propongan a lo largo del curso.

- La calificación final (0-10) será el resultado de ambas evaluaciones, pudiéndose superar la asignatura (5) con una nota mínima de 4 en el examen principal. 

Índice1 Introducción general . . . . . . . apuntes dinámica problemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1 Breve historia del control de procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2 Contexto de la disciplina y su relación con la industria alimentaria . . . . . . . . . . . . . . 81.3 Descripción cualitativa de un ejemplo de proceso alimentario y sus sistemas de control . 81.4 Conceptos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.5 Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2 Instrumentación industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.1 Algunas definiciones de instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2 Algo de instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.1 Dispositivos de medida (sensores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.1.1 Medidores de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.1.2 Sensores de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2.2 Líneas de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2.3 Elementos finales de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Cómo abordar la dinámica de un sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.1 Un ejemplo de dinámica de un sistema. ¿Qué se desea conocer? . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 La transformada de Laplace como herramienta útil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.3 La función de transferencia. Álgebra de funciones de transferencia . . . . . . . . . . . . . 253.4 Transformadas de algunas funciones singulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.4.1 Función escalón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Análisis de estabilidad de sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 978.1 Definición de estabilidad. Ecuación característica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 978.2 Método de Routh-Hurvitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 988.3 Método del lugar de las raíces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 998.4 Análisis armónico de sistemas lineales. Diagramas de Bode . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1008.4.1 Sistemas lineales de primer orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1018.4.2 Sistema lineal de segundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1028.4.3 Retraso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1038.4.4 Controladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1038.4.4.1 Controlador proporcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1048.4.4.2 Controlador proporcional+integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1048.4.4.3 Controlador proporcional+derivativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1048.4.4.4 Controlador proporcional+integral+derivativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1068.4.5 Sistemas de varios componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1068.5 Criterio de estabilidad de Bode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1068.5.1 Márgenes de ganancia y de fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1088.6 Criterio de estabilidad de Nyquist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098.7 Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1119 Métodos empíricos y semiempíricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.1 Método del ensayo y error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.2 Métodos de criterio único . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.3 Método del criterio integral con el tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1389.4 Método de la curva de respuesta. Método de Cohen y Coon . . . . . . . . . . . . . . . . . 1389.5 Método de Ziegler y Nichols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1409.6 Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14010 Sistemas de control avanzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15510.1 Procesos con retrasos grandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15510.2 Control en cascada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157