URJC _Universidad Rey Juan Carlos_ _ Doble Grado en Ingeniería Ambiental e Ingeniería en Organización Industrial _ asignatura_ Archivos de la nueva asignatura_ _ Control y

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Tema 3 - Presentación.pdf
BLOQUE I. TEORIA DE CONTROL
TEMA 3: LAZOS MULTIPLES 
1. Introducción 
2. Control en cascada
3. Control Feedback-Feedfoward
4. Control en proporción
5. Control selectivo o con restricciones
6. Control en Rango Partido
LAZOS MULTIPLES: Estructuras de control complejas (o avanzadas)LAZOS MULTIPLES: Estructuras de control complejas (o avanzadas)
Se caracterizan por medir más de una
variable del proceso con el objetivo de
controlar una única variable actuando
sobre una sola variable manipulada
Se caracterizan por emplear varios
elementos finales de control actuando
sobre varias variables manipuladas para
controlar una única variable de proceso
• CONTROL EN CASCADA
• CONTROL FEEDBACK-FEEDFOWARD
• CONTROL DE RELACIÓN
• CONTROL SELECTIVO
• CONTROL DE RANGO PARTIDO
Lazos simples de control: una única variable de proceso a controlar y una única
variable manipulada.
El control en cascada es una estructura de control avanzada que emplea la medición de
variables internas del proceso para detectar más rápidamente el efecto de las perturbaciones y
de esa manera iniciar antes las acciones correctoras.
El control en cascada es una estructura de control avanzada que emplea la medición de
variables internas del proceso para detectar más rápidamente el efecto de las perturbaciones y
de esa manera iniciar antes las acciones correctoras.
Ej.1) calentador de agua. Un lazo de control simple
por realimentación podría ser como el mostrado en
la figura. Se mide la variable de proceso
(temperatura del agua caliente a la salida) y se
controla en base al caudal de gas (variable
manipulada).
Supóngase ahora que por cuestiones ajenas al proceso, el caudal de gas sufre variaciones
como consecuencia, por ejemplo, de un incremento en la demanda de gas por otros usuarios.
1) Disminución del caudal de gas disponible.
2) Disminución del poder de calefacción.
3) Disminución de la temperatura del agua caliente � ERROR
El lazo empezará a actuar una vez que se ha propagado el errorEl lazo empezará a actuar una vez que se ha propagado el error
Lazo de control en cascada � controlar las posibles perturbaciones del proceso con el objeto
de corregir éstas antes de que lleguen a generar un error en la variable de proceso.
Lazo de control en cascada � controlar las posibles perturbaciones del proceso con el objeto
de corregir éstas antes de que lleguen a generar un error en la variable de proceso.
Para ello, lo primer que se debe hacer es medir y
controlar la posible variable de perturbación
IMPLEMENTAR SEGUNDO LAZO DE CONTROL POR
REALIMENTACIÓN PARA LA PERTUBARCIÓN MÁS
IMPORTANTE (EN ESTE CASO LA P DE GAS)
Recordemos que un lazo de control en cascada pertenece al grupo de
lazos múltiples en los que se miden varias variables pero solo existe un
elemento final de control… � ¿CÓMO ENLAZAMOS ENTONCES AMBOS
LAZOS DE REALIMENTACIÓN?
OP
1
= SP
2
De forma general, aquellos lazos múltiples de
control en los que la salida de un controlador se
convierte en la entrada del siguiente controlador
se denominan lazos de control en cascada
Existen dos bucles en el diagrama de bloques:
un bucle externo o bucle primario (maestro o
master) y otro interno o bucle secundario
(esclavo o slave).
Existen dos bucles en el diagrama de bloques:
un bucle externo o bucle primario (maestro o
master) y otro interno o bucle secundario
(esclavo o slave).
Para que los lazos de control en cascada sean
eficaces es necesario que la dinámica del lazo
secundario sea al menos tan rápida (y
preferiblemente mucho más rápida) que la
dinámica del lazo primario
Ej. 2) Control de un reactor químico con alimentación precalentada
Lazo simple de realimentación para el 
control de la conversión del reactor
Lazo en cascada de control de caudal y 
composición del reactor.
Lazo en cascada de control de caudal, temperatura y 
composición del reactor.
Ej. 2) Control de un reactor químico con alimentación precalentada
El control anticipativo (también denominado control en adelanto o control por feedfoward)
consiste básicamente en corregir las perturbaciones que afecten al proceso en cuanto éstas se
produzcan, sin esperar a que generen un error en la variable controlada.
El control anticipativo (también denominado control en adelanto o control por feedfoward)
consiste básicamente en corregir las perturbaciones que afecten al proceso en cuanto éstas se
produzcan, sin esperar a que generen un error en la variable controlada.
Lazo de realimentación Lazo anticipativo
A priori, los lazos anticipativos serían perfectos, en la realidad son muy difíciles de implementar
debido a:
� El elevado número de variables de perturbación existentes en un proceso industrial
� Complejidad para conocer los modelos dinámicos que describen el comportamiento de los procesos
en base a las perturbaciones.
Los lazos de control anticipativos no se implementan nunca solos, sino que siempre se integran con
lazos de realimentación.
TC
LAZO DE CONTROL REALIMENTACIÓN – ADELANTO (FEEDBACK-FEEDFOWARD)
De forma general el lazo de control anticipativo se encarga de corregir las perturbaciones
más significativas, mientras que el lazo de realimentación se encarga de compensar el
efecto del resto de variables de perturbación.
Lazo de realimentación
Lazo anticipativo
TC
( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( )sFsGsGsGsGsT TFFPDm ⋅+=
LAZO DE CONTROL REALIMENTACIÓN – ADELANTO (FEEDBACK-FEEDFOWARD)
Ventajas: 
• Actúa antes de que la perturbación haya afectado al sistema
• Adecuado para sistemas lentos
• No introduce inestabilidad en la respuesta
• No necesita identificar todas las perturbaciones
Inconvenientes:
• El coste del sistema de control que aumenta notablemente
M(s)e(s)
El control de relación (o de proporción) es un tipo especial de control anticipativo,
utilizado cuando hay que mantener una relación constante entre algunas de sus variables.
Este tipo de control se suele emplear en procesos de mezcla de dos corrientes con distinta
composición o temperatura, para conseguir una corriente de mezcla con una composición
o temperatura intermedia
Se mide el caudal de la corriente no
manipulable y con él y la relación deseada, se
determina el caudal necesario en la otra
corriente, que se convertirá en el punto de
consigna del lazo de control de caudal
Se calcula la relación real entre ambos
caudales de manera que la variable controlada
sería en este caso dicha relación, que sería
enviada al controlador de realimentación, cuyo
set point sería la relación deseada entre ambos
caudales
Ej. Adición de dos caudales líquidos en un tanque
Control en Proporción
A+2B→C
Aplicaciones:
• Controlar la cantidad relativa de componentes en operaciones de mezcla.
• Mantener una relación estequiométrica en la adición de reactivos a un reactor.
• Ajustar la cantidad de combustible a aire en un horno entorno a un valor óptimo.
Control en Común
¿QUÉ QUIERO? � Maximizar la producción de B
• Minimizar la cantidad de A a la salida del
reactor� V reactor (nivel) constante
Objetivo: mantener bajo control varias variables manipulando sólo una de ellas.
Estrictamente, sólo se puede controlar una variable, pero se puede conseguir que las otras
variables no superen unos determinados límites.
La actuación depende de una de ellas que domina en función de un selector, pero se intenta que,
antes de alcanzar niveles peligrosos, se produzca el cambio en la variable dominante.
Ejemplo reactor.
El nivel como la concentración de A han de controlarse para que no sobrepasen unos
determinados valores, ambas variables van a medirse y la señal medida va a enviarse a sendos
controladores de nivel y composición. El controlador de composición, AC intentará imponer un
valor de Fin para ajustarse a CA,SP. y al mismo tiempo el controlador LC tratará también de
imponer un valor de Fout para ajustarse
al valor LSP.
En este caso, el conflicto entre los dos controladores se resuelve mediante un selector de
baja (LS) que elige la menor de las dos señales de control.
El nivel como la concentración de A han de controlarse para que no sobrepasen unos
determinados valores, ambas variables van a medirse y la señal medida va a enviarse a
sendos controladores de nivel y composición. El controlador de composición, AC intentará
imponer un valor de Fin para ajustarse a CA,SP. y al mismo tiempo el controlador LC tratará
también de imponer un valor de Fout para ajustarse al valor LSP.
En este caso, el conflicto entre los dos controladores se resuelve mediante un selector de
baja (LS) que elige la menor de las dos señales de control.
Los lazos de control de rango partido son aquellos en los que se tiene una variable
controlada y más de un elemento final de control sobre el que actuar, existiendo más
variables manipuladas que variables controladas.
En este caso únicamente se mide una variable (variable controlada) por lo que se tiene un
único controlador. Sin embargo, en función del rango que se encuentre la señal del error, y
por tanto, en función del rango en el que se encuentre la señal de salida del controlador,
esta señal de salida irá destinada a un elemento final de control o a otro, manipulando en
cada caso una variable distinta
Control de presión de un tanque por rango partido
PV PIC V-1 V-2
0 0 100% 0%
25 25 50% 0%
50 50 0% 0%
75 75 0% 50%
100 100 0% 100%
Tema 5 - Elemento final de control.pdf
BLOQUE II. INSTRUMENTACIÓN Y 
ELEMENTOS DE CONTROL
TEMA 5: VÁLVULA DE CONTROL
¿Qué es una válvula de control?  Orificio de restricción de área variable variación del 
caudal.
Servomotor o actuador (neumático,
electrónico…) conectado a un
vástago que posiciona un obturador
con relación un asiento.
El obturador y los asientos se
encuentran ubicados en los que
se conoce como cuerpo de la
válvula.
Neumáticos → El servomotor neumático consiste en un diafragma con resorte que trabaja entre
3 y 15 psi. Al aplicar una cierta presión sobre el diafragma, el resorte se comprime o se expande
de tal modo que el mecanismo empieza a moverse. Seguirá moviéndose hasta que se llegue a
un equilibrio entre la fuerza ejercida por la presión del aire sobre el diafragma y la fuerza
ejercida por el resorte.
Ventajas: Fiables, simples, donde no se requieren grandes fuerzas y económicos
Inconvenientes: No son aplicables a válvulas con grandes recorridos.
TIPOS: Neumáticos y eléctricos
Eléctricos → Vástago se mueve en función de una señal eléctrica (4 – 20 mA). El motor eléctrico, una vez
calibrado, puede funcionar sin problemas durante meses o años.
Posicionador: Amplificador diferencial → compara la señal de control recibida con la posición del vástago y, si
hay diferencia, produce un voltaje que pone en marcha un mecanismo motorizado (motor).
Ventajas:
– No necesitan instalación neumática.
– Mínimo consumo eléctrico.
– Menores costes de instalación y mantenimiento.
– Trabajan directamente con señales eléctricas (no necesitan 
convertidor)
Desventajas:
– Precio muy elevado.
– Protección eléctrica necesaria.
– Riesgos de explosión.
Las válvulas de control pueden ser de acción directa o inversa.
Las válvulas de acción directa son aquellas que se encuentran abiertas cuando su servomotor no
se encuentra excitado (no tiene aire en el caso de un actuador neumático o no presenta corriente
eléctrica en el caso de un servomotor eléctrico). Las válvulas de acción inversa son aquellas que
se encuentran cerradas cuando su actuador no se encuentra excitado.
Los actuadores también pueden ser de acción directa o inversa.
En relación a los servomotores, éstos son directos cuando al recibir una señal (bien neumática
bien eléctrica) desplazan el vástago hacia abajo. Por el contrario, los actuadores serán inversos
cuando al recibir una señal, desplazan el vástago hacia arriba.
Las válvulas pueden se clasifican en función del diseño del cuerpo y el movimiento del obturador.
Dos grandes grupos: válvulas con obturador de movimiento lineal y válvulas con obturador de
movimiento rotativo.
Válvulas con obturador de movimiento lineal (I):
El obturador se mueve en la dirección de su propio eje.
Válvula de Globo/Asiento
Asiento simple Doble asiento
El cuerpo de la válvula que contiene al obturador y al
asiento tiene una forma más o menos esférica.
El flujo de entrada o salida es perpendicular al eje del
obturador.
El desplazamiento vertical del obturador respecto del
asiento aumenta o disminuye el área de flujo.
Válvula de ángulo
Adecuada cuando el fluido circula con sólidos en
suspensión o a excesiva velocidad.
Válvula de jaula
La válvula de jaula recibe esta denominación por la forma de jaula que
tiene el asiento con los orificios dispuestos en una jaula fija, en cuyo
interior desliza el obturador.
La válvula de compuerta, denominada también
de tajadera, efectúa su cierre con un disco
vertical plano, que se mueve verticalmente al
flujo del fluido.
Válvula de tres vías
Las válvulas de tres vías se emplean para
mezclar o para derivar flujos.
Válvula de compuerta
Válvulas con obturador de movimiento lineal (II):
La válvula en Y tiene el asiento y el obturador inclinados 45°
respecto al flujo del fluido.
En la Válvula Saunders o de diafragma, el
obturador es una membrana flexible que,
a través de un vástago unido a un
servomotor, es forzada contra un resalte
del cuerpo, que actúa de asiento,
cerrando así el paso del fluido.
Válvulas con obturador de movimiento lineal (III):
Válvula en Y
Válvula de Saunders
Válvula de mariposa
En la válvula de mariposa el cuerpo está
formado por un anillo cilíndrico dentro
del cual gira transversalmente un disco
circular.
Válvulas con obturador de movimiento rotativo:
En estas válvulas, el cuerpo tiene una cavidad interna esférica que
alberga un obturador en forma de esfera o de bola que gira
transversalmente accionada por un servomotor exterior.
Válvula de macho
Es una válvula de bola típica que consiste en un macho u
obturador de forma cilíndrica o troncocónica con un orificio
transversal igual al diámetro interior de la tubería y que tiene
un movimiento de giro de 90°.
Válvula de bola
Característica de caudal inherente
En un fluido incompresible, fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a través de
la válvula, se denomina característica de caudal inherente a la relación que existe entre el caudal
(Q max a P cte) que circula a través de la válvula y la carrera del obturador de la válvula.
Obturador con característica lineal, el caudal es
directamente proporcional a la carrera.
lKq ⋅=
Obturador con característica isoporcentual, el
caudal varía de manera exponencial con la carrera de
acuerdo a la siguiente ecuación:
leqq
l
q αβα ⋅=→⋅=
∂
∂
Obturador de apertura rápida: forma de disco plano.
Inicialmente el caudal aumenta mucho, llegando
rápidamente a un máximo.
Característica de caudal inherente
Obturador con característica lineal, el caudal es
directamente proporcional a la carrera.
lKq ⋅=
Obturador con característica isoporcentual, el
caudal varía de manera exponencial con la carrera de
acuerdo a la siguiente ecuación:
leqq
l
q αβα ⋅=→⋅=
∂
∂
Obturador de apertura rápida: forma de disco plano.
Inicialmente el caudal aumenta mucho, llegando
rápidamente a un máximo.
En un fluido incompresible, fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a través de
la válvula, se denomina característica de caudal inherente a la relación que existe entre el caudal
(Q max a P cte) que circula a través de la válvula y la carrera del obturador de la válvula.
Característica de caudal inherente
Obturador con característica lineal, el caudal es
directamente proporcional a la carrera.
lKq ⋅=
Obturador con característica isoporcentual, el
caudal varía de manera exponencial con la carrera de
acuerdo a la siguiente ecuación:
leqq
l
q αβα ⋅=→⋅=
∂
∂
Obturador de apertura rápida: forma de disco plano.
Inicialmente el caudal aumenta mucho, llegando
rápidamente a un máximo.
En un fluido incompresible, fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a través de
la válvula, se denomina característica de caudal inherente a la relación que existe entre el caudal
(Q max a P cte) que circula a través de la válvula y la carrera del obturador de la válvula.
Coeficiente de Caudal
El coeficiente de caudal (K, Cv, Kv) es un factor de diseño que relaciona la pérdida de altura (Δh) o presión (ΔP)
entre la entrada y salida de la válvula con el caudal (Q).
Q: Caudal
ΔP: Diferencia presión
Sg: Gravedad específica (1 para agua)
K: Coeficiente de caudal Kv o Cv
En igualdad de flujo, a medida que mayor es el coeficiente de caudal, las pérdidas de carga a través de la
válvula son menores.
Cada válvula tiene su propio coeficiente de caudal.  depende de su diseño, del tipo de válvula, de la
posición de obertura de la válvula.
Es importante conocer el coeficiente de caudal para poder seleccionar la válvula que se necesita en una
específica aplicación.
Kv es el coeficiente de caudal en unidades métricas. Se define como el caudal en metros cúbicos por hora
[m3/h] de agua a una temperatura de 16° celsius con una caída de presión a través de la válvula de 1 bar.
Cv es el coeficiente de caudal en unidades anglosajonas. Se define como el caudal en galones US por minuto
[gpm] de agua a la temperatura de 60° fahrenheit con una caída de presión a través de la válvula de 1 psi.
Kv=0.865 Cv
Cv = 1,156 · Kv
Moderador
Notas de la presentación
Si la válvula va a estar la mayor parte del tiempo abierta, interesará elegir una válvula con poca pérdida de carga para poder ahorrar energía (Cv ). O si se trata de una válvula de control, el rango de coeficientes de caudal en las diferentes posiciones de obertura tendrían de permitir cumplir las necesidades de regulación de la aplicación.
		BLOQUE II. INSTRUMENTACIÓN Y ELEMENTOS DE CONTROL
		Número de diapositiva 2
		Número de diapositiva 3
		Número de diapositiva 4
		Número de diapositiva 5
		Número de diapositiva 6
		Número de diapositiva 7
		Número de diapositiva 8
		Número de diapositiva 9
		Número de diapositiva 10
		Número de diapositiva 11
		Número de diapositiva 12
		Número de diapositiva 13
		Número de diapositiva 14
Tema 6 - Control de cambiadores de calor.pdf
BLOQUE III. APLICACIONES DEL CONTROL EN 
EQUIPOS INDUSTRIALES RELACIONADOS CON 
LA INGENIERÍA AMBIENTAL
TEMA 6: CONTROL DE CAMBIADORES
Un cambiador de calor es cualquier dispositivo a través del cual se produce un intercambio
de calor entre dos fluidos separados por una pared.
Regla descriptiva de Hanson: Para describir un proceso, el número de variables independientes que deben
especificarse es igual al número que se puede establecer por construcción o que pueden ser controladas durante
la operación por medios externos independientes. De este modo se puede establecer el número, pero no las
variables particulares que dependerán en cada caso.
Se tienen: 
Como variables independientes: Q, U, A, Fh, Fc, Th1, Th2, Tc1, Tc2
Como ecuaciones L. indep: 4 ecuaciones linealmente independientes
Términos o variables fijas: A, Fh, Fc, Th1, Tc1
Términos o variables calculadas: Q, U , Th2, Tc2
Normalmente se pretende controlar la temperatura T2 de un fluido, es decir, que se fija una variable calculada 
y se varía una variable fija
El proceso es bastante estable, ya que si varía el caudal de uno de los fluidos varía también el coeficiente global 
de transmisión de calor así como la fuerza impulsora. El coeficiente global y la F.I varían de forma opuesta de 
modo que existe cierta autoregulación. Sin embargo esto tiene un límite para altos caudales.
Un cambiador de calor es cualquier dispositivo a través del cual se produce un intercambio
de calor entre dos fluidos separados por una pared.
1. Intercambiador: Su función es recuperar calor mediante el intercambio entre dos corrientes
de proceso. Sin cambio de fase.
2. Enfriador: Se emplean para enfriar corrientes de proceso, normalmente con agua de
refrigeración. Sin cambio de fase
3. Calentador: Se utiliza fundamentalmente para calentar corrientes de proceso, empleando
generalmente vapor de agua como fuente de calor (de alta o baja presión).
4. Condensador: Se trata de un tipo concreto de enfriador, cuya función principal es eliminar
calor latente de condensación Aircoolers.
5. Evaporador: Se emplean para concentrar soluciones, mediante evaporación de agua. Si en
lugar de agua se vaporiza cualquier otro fluido, entonces se habla de vaporizador.
Dificultades del control de temperatura:
Respuesta especialmente lenta
Gran inercia térmica de los sistemas de control 
Precauciones:
• Acción derivada. El controlador de T ha de tener acción 
derivada, porque ésta agiliza la respuesta.
• Control en cascada. Ayuda a filtrar la entrada de perturbaciones 
externas.
a) Variación del caudal del fluido del que no se requiere controlar la 
temperatura
• No tiene mucho sentido modificar el caudal de la corriente del 
proceso, puesto que esta variable normalmente está sujeta a otros 
condicionantes del proceso.
• Es complicado ejercer modificaciones sobre el servicio de calor 
(vapor) puesto que introduce modificaciones y cambios en la 
presión de la corriente, pudiendo afectar a otras partes de la 
misma instalación.
Posible mejora. Control en cascada con control de caudal del fluido calefactor.
Ventajas:
Es simple y económica.
No perturba el caudal del fluido de proceso.
No introduce una pérdida de carga adicional (la de la válvula) en la corriente principal.
Inconvenientes:
Lentitud de la respuesta
Modificar el caudal de la corriente de servicio (AR o AC) → No se suele emplear.
Mejora de la dinámica mediantes control en cascada
b) By-pasar el fluido del mismo lado utilizando una válvula de tres vías.
• Es una de las formas mas utilizadas, puesto que 
no ejerce cambios ni en el caudal total ni en la 
corriente de vapor.
• El problema es que a muchas veces la pérdida de 
carga a lo largo de la válvula es mayor que en el 
propio cambiador, por lo que requiere una 
restricción adicional en este último. 
Rango partido ( Split Range)
e (t) OP VLV-A VLV-B
e(t)<<0, PV>>SP 0 0 100
e(t)<0, PV>SP 25 50 100
e(t)=0 50 100 100
e(t)>o, PV<SP 75 100 50
e(t)>>o, PV<<SP 100 100 0
c) Control de temperatura con rango partido. Split Range
¿Qué válvula actúa con acción directa y cual con inversa?
a) Válvula de control en la línea de vapor (Modificación de la presión de 
condensación) 
El vapor cede su calor sensible y su calor
latente de condensación al entrar en
contacto con la pared del serpentín. En
función de las necesidades energéticas,
se dejaría pasar más o menos vapor,
calentando más o menos la corriente de
producto.
Desde el punto de vista del diseño de los lazos de control, generalmente se puede
actuar sobre dos puntos del circuito: la entrada de vapor al cambiador y la salida del
condensado:
Problemas de Operación con el purgador.
• No son estables.
• Problemas de ensuciamiento.
• Se quedan abiertos.
Sustitución del purgador por un
depósito con control de nivel
Las principales características de este sistema son las siguientes:
• Se consigue una respuesta muy rápida del proceso al actuar sobre la válvula
de control situada en la línea del vapor.
• Se eliminan las oscilaciones que podría producir el purgador.
• El coste de la instalación es relativamente alto.
(a) Válvula de control en la línea de vapor (Modificación de la presión de 
condensación) 
• Se emplea normalmente
cuando la corriente de
servicio es vapor de alta
presión.
• El depósito se encuentra
situado a una cota más
baja que el cambiador.
(b) Válvula de control en la línea de condensado (Inundación de 
tubos)
Con este procedimiento, se consigue la
variación en el calor aportado por
medio de
la inundación parcial del haz tubular del
cambiador  Modificación del área de
intercambio
• Si el caudal de proceso se corresponde al 100% del diseño del cambiador
 éste tendrá todos los tubos descubiertos, desalojando condensado al
mismo tiempo que se va produciendo.
• Si el caudal de producto va disminuyendo se necesita un menor aporte
de calor  la válvula se irá cerrando, provocando una inundación parcial
de los tubos, disminuyendo el área efectiva de intercambio de calor.
Se emplea normalmente cuando la corriente
de servicio es vapor de baja presión.
LÍNEA DE 
EQUILIBRIO
VAPOR
DE BAJA
INUNDACIÓN DE 
TUBOS
TC
LT
TT
LIC
SP
PV
(b) Válvula de control en la línea de condensado (Inundación de tubos)
Inundación de tubos con cascada
Inundación de tubos con control selectivo
Para evitar problemas de operación y la pérdida de vapor, se suele poner un recipiente con
control de nivel a la salida del cambiador. El cambiador no debe vaciarse nunca (No debe salir
vapor). Para solventar esta situación, se instala un tanque conectado al cambiador que tendrá,
por vasos comunicantes, el mismo nivel que el cambiador. Con esta configuración se pueden
establecer varias estrategias de control, un control en cascada con el nivel y la temperatura
controlada, un control selectivo o un control que combine ambas acciones de control.
El punto de consigna del controlador de nivel se
fija a un valor en el que todos los tubos se
encuentren descubiertos
1. El controlador de temperatura de salida de producto actúa en cascada sobre el controlador
de caudal de condensado.
2. Se incluye un selector que selecciona la señal mínima de salida entre el controlador de nivel y
de caudal de condensado. Cuando se alcanza el nivel mínimo la salida de su controlador
prevalece sobre la salida del controlador de caudal.
3. El punto de consigna del controlador de nivel se fija a un valor en el que todos los tubos se
encuentren descubiertos.
4. Al alcanzar el nivel mínimo, la válvula solo permite extraer el condensado necesario para
mantener este nivel.
(b) Válvula de control en la línea de condensado (Inundación de tubos)
Inundación de tubos con control por cascada y 
restricciones 
Los aerorrefrigerantes son cambiadores de calor de carcasa y tubos, en los que la
propia estructura del aerorrefrigerante daría lugar a la carcasa del cambiador. El
paso del aire a través de los aerorrefrigerantes se fuerza mediante el empleo
generalmente de ventiladores.
• Además de los ventiladores, existe otro
elemento que se suele montar en la parte
superior. Se trata de persianas o “Louver” y el
objeto de montarse en la parte superior es para
ofrecer cierta protección frente a la lluvia.
• El ventilador suele tener como mínimo cuatro
aspas, las cuales suelen tener la posibilidad de
variar su ángulo de inclinación o “Pitch” para
ajustarse a las condiciones variables de
operación.
De forma general, el control sobre los aerorrefrigerantes se realiza empleando alguna de las
siguientes estrategias:
• Control del ángulo de inclinación de las aspas del ventilador.
• Control del ángulo de inclinación de las persianas.
• Control de la velocidad de motor de giro de los ventiladores.
• Control por by-pass de la corriente de proceso.
a) Control del ángulo de inclinación de las palas
Limitaciones:
Presentan un pequeño margen de regulación. Cuando el grado de inclinación está entre
30-40%, se pierde ya la capacidad de regulación. Si el angula de inclinación es nulo, sigue
entrando aire. Se emplea para air-coolers de tamaño pequeño.
Los air-coolers son uno de los sistemas de refrigeración más empleados debido al
uso del aire como fluido refrigerante (razones económicas)
b) Control del ángulo de inclinación de las persianas
Limitaciones:
Poco eficiente. Con esta estrategia de control, los ventiladores funcionan siempre a su
máxima potencia y, por lo tanto, consumen la máxima energía posible.
Una alternativa al control por inclinación de persianas, es el control simultáneo de la
inclinación tanto de las palas de los ventiladores como de las persianas. En este caso, el
controlador automático regula la posición de las palas mientras que la inclinación de las
persianas se suele hacer de forma manual.
c) Control de velocidad del motor
En este caso, la salida del controlador lo que hará será modificar la velocidad de giro de los
ventiladores, con el consecuente ahorro energético que ello conlleva.
BY-PASS Y VÁLVULA DE TRES 
VÍAS
TC
d) Uso de un by-pass en la corriente de proceso.
Semejante al control en carcasa y tubos.
		BLOQUE III. APLICACIONES DEL CONTROL EN EQUIPOS INDUSTRIALES RELACIONADOS CON LA INGENIERÍA AMBIENTAL
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		Número de diapositiva 3
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		Número de diapositiva 15
		Número de diapositiva 16
Tema 7- Control de recipientes, bombas y compresores.pdf
BLOQUE III. APLICACIONES DEL CONTROL
EN EQUIPOS INDUSTRIALES RELACIONADOS
CON LA INGENIERÍA AMBIENTAL
TEMA 7: CONTROL DE 
RECIPIENTES, BOMBAS Y 
COMPRESORES
I.A. Surge drum (Recipiente de alimentación) →
• Mantener suficiente inventario para alimentar el proceso→ Alimentación constante a la planta.
• Mantener suficiente capacidad vacía de continuar recibiendo alimentación en caso de parada de la
planta/unidad (tanque de almacenamiento intermedio)
• Parámetros a controlar: nivel (válvula entrada y salida). Si se desea una flujo de alimentación
constante aguas abajo, se emplea control el cascada, nivel y caudal.
I.B. Steam drum (Acumulador de vapor)
Un acumulador de vapor es una aplicación que actúa como reserva de energía en forma de vapor. En
este tipo de recipientes el agua baja por las tuberías y se calienta. Por otras, sube una mezcla líquido
vapor (Risers) y en el recipiente se separan.
a) Control univariable: nivel de líquido.
• Control Inverso. Si sube el nivel, la válvula del agua de alimentación cierra.
• Problemas de estabilidad. Ante un aumento de la demanda de vapor,
disminuye la presión, las burbujas en el recipiente crecen y sube el nivel. La
válvula se cierra. Cuando las burbujas rompen el nivel baja y la válvula ha de
abrir.
• Steam drum de pequeño tamaño
INCONVENIENTES:
No tiene en cuenta las posibles variaciones tanto en el caudal como en la temperatura del agua
de suministro, lo que podría afectar tanto a la cantidad de vapor acumulada como a su calidad.
I.B. Steam drum (Acumulador de vapor) →
Reserva de energía en forma de vapor
b) Control multivariable: caudal de vapor y nivel de líquido (control feedback-feedforward).
A la señal obtenida en el control de nivel (feedback) se le suma la del control del caudal de la
salida de vapor (feedforward). Ya que la demanda de vapor es dinámica, este sistema detectará y
actuará sobre cambios en la demanda de vapor sin que esto afecte al nivel.
I.B. Steam drum (Acumulador de vapor) →
Reserva de energía en forma de vapor
b) Control multivariable: caudal de vapor, nivel de líquido (control feedback-feedforward) y caudal de
agua de alimentación (control en cascada).
I.B. Steam drum (Acumulador de vapor) →
Reserva de energía en forma de vapor
b) Control multivariable: caudal de vapor, nivel de líquido (control feedback-feedforward) y caudal de
agua de alimentación (control en cascada).
I.C. Control de sistemas con una o dos fases: Separadores
• Generalmente, se asume que el control de nivel se refiere al control de la interfase entre un gas (o
vapor) y un líquido. También se puede controlar la interfase entre dos líquidos inmiscibles tales
como aceite y agua.
• Tanque de alimentación de equipos aguas abajo
Cada fase se controla individualmente.
Para
minimizar oscilaciones en la fase 
orgánica, se puede poner en cascada con un 
lazo de caudal
No es necesario un lazo en cascada para la
fase acuosa ya que normalmente suele
purgarse.
EJEMPLO: Separador de crudo
I.C. Control de sistemas con una o dos fases: Separadores
Si la proporción de fase acuosa es demasiado grande, en vez de emplear un
separador de bota (como el mostrado en la figura superior) se emplean recipientes
con tabiques deflectores.
Opción de lazo en 
cascada con el caudal
La principal función de las bombas es la de desplazar líquidos de un lugar a otro, mediante
el suministro de energía a estos: impulsión del fluido a una cota más alta o impulsión de
un fluido a lo largo de una tubería.
1. Bombas centrífugas. Se caracterizan porque su caudal varía con la presión
diferencial.
2. Bombas de desplazamiento positivo. (rotativas y alternativas) se caracterizan por
bombear un volumen fijo por cada vuelta del motor, con independencia de cuál sea
la presión de descarga.
2.A. Bombas centrífugas
Objetivo del control de bombas se
centra en que el punto de operación
sea el requerido en cada momento
por el sistema.
La altura de presión (H) de una bomba es el
trabajo mecánico útil transmitido por la
bomba al líquido bombeado. En el eje
vertical se muestra la altura de presión H en
metros (m). En el eje horizontal, la abscisa,
está dividida en unidades del caudal Q de la
bomba.
Diferencia de presión entre
succión y descarga más altura que
debe vencer el fluido
A mayores caudales se
necesita mayor fuerza de
impulsión.
• La curva característica de una bomba proporciona una determinada diferencia de
presión en función de un caudal para una determinada velocidad de giro de
rodete.
• Para cada velocidad de giro, existe una determinada curva característica.
• Si la velocidad no se puede variar se debe implementar un sistema de control
que permita operar en el punto de operación.
• Debido a que las variables Q-ΔH son dependientes, solo se podrá controlar una
de ellas. Lo mas habitual es el caudal.
2.A. Bombas centrífugas
I) Estrangular la descarga: Método más apropiado. 
Se trata de suplementar la diferencia de presión del sistema necesaria para colocar el punto
de funcionamiento en el deseado, modificando la curva del circuito.
Si se modifica el grado de apertura de la
válvula, se modificará la pérdida de carga
del sistema, por lo que se modificará el
punto de operación de la bomba, lo que
conlleva diferentes caudales y presiones de
operación.
NUNCA deberán instalarse válvulas de
control en la aspiración de una bomba
centrífuga. Podría provocar un descenso tan
grande la presión por pérdida de carga que
podría favorecer estos procesos de cavitación.
¿NPSH Disponible?
Cerrar
2.A. Bombas centrífugas
II) Control por Recirculación
Control del caudal se puede controlar recirculado el exceso → bomba de mayor tamaño y
mayor consumo energético.
No funciona bien a caudales bajos. FCRecirculación
III) Motor con variador de velocidad
Si la velocidad varía, se produce un
desplazamiento de la curva y, por tanto, del
punto de funcionamiento Sólo se consume la
potencia necesaria. Compensa para bombas
de elevada potencia.
Control de velocidad
FC
V) Control de Caudal mínimo:
Eficacia bomba < 100%. La diferencia entre la potencia mecánica absorbida por la bomba y la
potencia hidráulica se convierte fundamentalmente en calor. Importante en bombas de gran
tamaño.
Dependiendo del proceso, puede requerirse un Caudal mínimo de operación, por debajo del
cual la refrigeración sería insuficiente y T subiría hasta llegar a cavitar o a T inaceptables para
alguno de sus componentes.
Para garantizar el caudal mínimo se emplea normalmente un reciclo. El caudal de reciclo suele
enviarse a un recipiente situado aguas arriba de la aspiración de la bomba, con el objeto de
eliminar los posibles efectos de calentamiento que se producen sobre el fluido impulsado.
También se suele fijar un caudal mínimo de las bombas por eficacia mecánica. El fabricante de
la bomba determina el bomba del punto de máxima eficiencia (BEP) → Al alejarse de este,
aumentan las vibraciones y los problemas mecánicos.→ QMINIMO: 15 al 50% del BEP.
2.A. Bombas centrífugas
V) Control de Caudal mínimo:
Válvula de control en la línea de descarga → añadir una línea de recirculación que devuelva a la
succión parte del caudal de descarga.
El caudal de proceso se controla con el lazo de caudal FC2. El lazo de control del reciclo (FC1)
mediría el caudal total en impulsión y actuaría sobre la válvula del reciclo. Si el caudal en la
impulsión es mayor del mínimo exigido se mantendrá la válvula del reciclo cerrada, mientras
que si la demanda de caudal es menor al caudal mínimo, se abrirá lo justo para alcanzar dicho
caudal.
2.A. Bombas centrífugas
V) Control de Caudal mínimo:
Válvula de control en la línea de descarga → añadir una línea de recirculación que devuelva a la
succión parte del caudal de descarga.
El caudal de proceso se controla con el lazo de caudal FC2. El lazo de control del reciclo (FC1)
mediría el caudal total en impulsión y actuaría sobre la válvula del reciclo. Si el caudal en la
impulsión es mayor del mínimo exigido se mantendrá la válvula del reciclo cerrada, mientras
que si la demanda de caudal es menor al caudal mínimo, se abrirá lo justo para alcanzar dicho
caudal.
El control de nivel del tanque se realiza en cascada con el lazo FC2.
2.A. Bombas centrífugas
FT
FIC
LSL
I
LT LIC
LAL
HAL
FT
FIC
FC2
FC1
2.B.Bombas de desplazamiento positivo
Funcionan por emboladas. Bombean un caudal constante que sólo depende de la
velocidad de rotación y es independiente de la altura diferencial.
La curva H vs. Q de las bombas de desplazamiento
positivo se caracterizan por ser prácticamente
verticales. Al igual que para las bombas centrífugas,
el punto de corte entre las curvas, de la bomba y el
sistema, marcará el punto de operación.
NUNCA se deberá controlar una bomba de
desplazamiento positivo mediante una válvula
automática en la corriente de impulsión (no varia el
Q) o aspiración (NSPH)
2.B.Bombas de desplazamiento positivo
I. Recirculación
La estrategia de reciclo es la más habitual para bombas de desplazamiento positivo,
ya que estas bombas suministran un caudal prácticamente fijo. La potencia
consumida es proporcional a la presión de impulsión. El reciclo disminuye la presión
en la impulsión, al menos asegura una reducción en el consumo de energía.
Si el caudal disminuye, se cierra la válvula del
reciclo para poder suministrar mas caudal
desde el tanque.
2.B.Bombas de desplazamiento positivo
II. Motor de velocidad variable
Las curvas de las bombas de desplazamiento positivo
dependerán de la velocidad de giro de la misma. Si la
bomba se acopla a un motor con variador de la
velocidad, se podría controlar el caudal de impulsión,
empleando en cada momento la potencia necesaria
para el caudal que se necesite.
Curvas características:
Punto máximo: punto o límite de “bombeo” (Surge).
La curva característica de un compresor centrífugo presenta un máximo, denominado límite de
bombeo.
Si el caudal en el compresor cae por debajo de dicho límite, la presión en la corriente de impulsión
desciende por debajo de la presión acumulada en el circuito de descarga del compresor, por lo que
la dirección del flujo puede invertirse y el compresor podría entrar en un régimen de
funcionamiento inestable y peligroso desde el punto de vista mecánico. Por tanto, toda la zona
situada a la izquierda del límite de bombeo o zona surge.
“Stonewall”:
Al aumentar Q → la velocidad del gas con respecto a la superficie del impulsor se acerca a la del
sonido. Disminuye mucho la presión al aumentar el caudal
3.A. Compresores centrífugos:
3.A. Compresores centrífugos:
ΔP = P descarga – P succión
↓↓ ΔP → ↓ P descarga
Si P descarga < P circuito
Flujo invertido
La curva característica muestra la relación entre
la presión diferencial y el caudal volumétrico en
las condiciones de succión. La curva es fija y se mantiene para compresor mientras que la
velocidad de giro y la densidad del gas se mantengan constantes.
La curva de un compresor centrífugo será fija para una determinada velocidad de giro. Si
aumenta la velocidad de giro, la curva se irá desplazando hacia arriba.
Sin embargo, su curva característica dependerá también de la densidad del gas. Así pues, si la
densidad aumenta, la curva del compresor se irá desplazando también hacia arriba.
3.A. Compresores centrífugos:
La densidad del gas podrá aumentar si se incrementa el peso molecular del gas, si se
incrementa la presión en la succión o si disminuye la temperatura del gas en la succión.
Como todas estas posibles variaciones son frecuentes en el caso de los compresores
centrífugos, se suele trabajar con una familia de curvas en lugar de con una curva
individual como se hacía con las bombas centrífugas.
3.A. Compresores centrífugos:
I. Válvula en succión.
La válvula se coloca generalmente en la succión.
Se modifica la curva del circuito → el punto de
funcionamiento → se modifica también la del compresor
3.A. Compresores centrífugos:
VENTAJAS:
• Esta estrategia de control tiene la ventaja de ahorrar potencia frente a la opción de colocar la válvula en la
corriente de impulsión.
• Asimismo, presenta ventajas desde el punto de vista de la estabilidad de la operación, alejándose del
límite de bombeo.
• Al estrangular en la succión, aumenta el 
incremento de presión que se debe suministrar y 
disminuye el caudal. (Curva del circuito)
• Por otro lado, esto provoca una disminución de 
la densidad del gas, lo cual provoca la variación 
de la curva del compresor. 
II. Recirculación.
El caudal se puede controlar recirculando el exceso.
Generalmente hay que recircular constantemente una
gran parte del caudal, lo que implica un compresor de
mayor tamaño al necesario, así como un importante
derroche de potencia.
El gas se calienta al comprimirse → puede llegar a
recalentar el compresor → refrigerar la recirculación.
3.A. Compresores centrífugos:
III. Control antisurge.
Se mide el caudal que circula por el compresor, y en caso
de que éste baje por debajo del caudal mínimo, se abre
una válvula automática que conecte la descarga con la
succión. La válvula automática ha de ser de apertura rápida
(que se abra completamente en menos de dos segundos).
IV. Variación de velocidad.
Desplazamiento de la curva del compresor → punto de funcionamiento.
Esta estrategia de control es la más utilizada con máquinas de alta potencia, ya que así se
puede adecuar el consumo de potencia. La variación de velocidad se puede lograr de varias
formas.
- Motor con variador de frecuencia. Es la solución recomendada para compresores de
elevada potencia movidos por motor eléctrico, donde el ahorro de energía puede
compensar con creces el coste del variador de frecuencia.
3.A. Compresores centrífugos:
3.b. Compresores volumétricos
Su curva característica es una línea vertical.
No se puede mediante una válvula en la descarga → simplemente aumentaría la presión de 
descarga y el motor gastaría más energía, pero el caudal se mantendría prácticamente 
constante.
Válvula en la succión → Al cerrarse disminuiría la densidad del gas →↓ caudal másico. 
No se utiliza → Aumento en la relación de compresión → Aumento la temperatura del gas.
Compresores de muy baja potencia. 
Actuar sobre las válvulas de entrada de los cilindros
La carrera de compresión comienza en A, estando la
válvula de descarga cerrada y la de succión abierta.
Al avanzar el pistón hacia la izquierda, la compresión
hace que la presión aumente y se cierre la válvula de
succión, abriéndose la válvula de descarga.
Cuando el pistón comienza a desplazarse hacia la
derecha baja la presión, cerrándose la válvula de
descarga y abriéndose la de succión.
3.b. Compresores volumétricos
Actuar sobre las válvulas de entrada de los cilindros
De acuerdo a la descripción anterior, la válvula de succión se
cierra automáticamente cuando la presión en el interior del
cilindro supera el valor Ps. Si se bloquease dicha válvula para
evitar su cierre, el gas que había entrado en el cilindro, volvería
a salir por la succión durante el recorrido del pistón hacia la
derecha, anulándose la etapa de compresión.
Existe otra estrategia de control basada en retrasar
el cierre de la válvula de succión para reducir la
embolada útil, reduciendo el área de la curva P-V. La
forma más sencilla de conseguirlo es aplicar una
determinada fuerza sobre la válvula de succión para
mantenerla abierta hasta el momento deseado.
		BLOQUE III. Aplicaciones del control en equipos industriales relacionados con la ingeniería ambiental
		Número de diapositiva 2
		Número de diapositiva 3
		Número de diapositiva 4
		Número de diapositiva 5
		Número de diapositiva 6
		Número de diapositiva 7
		Número de diapositiva 8
		Número de diapositiva 9
		Número de diapositiva 10
		Número de diapositiva 11
		Número de diapositiva 12
		Número de diapositiva 13
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		Número de diapositiva 16
		Número de diapositiva 17
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		Número de diapositiva 21
		Número de diapositiva 22
		Número de diapositiva 23
		Número de diapositiva 24
		Número de diapositiva 25
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		Número de diapositiva 28
Tema 8- Control de reactores y columnas.pdf
BLOQUE III. APLICACIONES DEL CONTROL
EN EQUIPOS INDUSTRIALES RELACIONADOS
CON LA INGENIERÍA AMBIENTAL
TEMA 8: CONTROL DE 
REACTORES QUÍMICOS Y TORRES 
DE ABSORCIÓN
La temperatura influye exponencialmente en la velocidad de
reacción. Todas las reacciones químicas absorben o liberan
calor. Reacciones exotérmicas/endotérmicas.
CONTROL DE TEMPERATURA:
Otro concepto importante cuando se trabaja en reactores
continuos es el de velocidad espacial o tiempo de residencia.
El tiempo de residencia se puede definir como la relación
existente entre el volumen del reactor respecto al caudal en
continuo que pasa a su través.
CONTROL DE LA ALIMENTACIÓN
Objetivo: la productividad máxima (máximo rendimiento) en unas condiciones de operación
seguras y estables → Control de temperatura, presión y concentración de reactivos y productos
dentro del reactor.
A. CONTROL DE TEMPERATURA
A.1. Control de T mediante la adición de reactivos
• Se modifica el calor generado en la
reacción mediante la manipulación de
la carga, para un sistema de
refrigeración dado.
• Se modifica tanto la cantidad de
reactivos como el tiempo de residencia
de los mismos en el reactor.
• Esta estrategia de control no es muy
utilizada ya que requiere que se pueda
manipular la carga del reactor y esto no
suele ser habitual.
REACCIONES EXOTÉRMICAS → liberará calor continuamente, tendiendo a incrementar la
temperatura del medio de reacción.
OBJETIVO: mantener una temperatura constante en el medio de reacción, eliminando el
calor generado. Seguridad de operación: fuego o explosiones, aumento incontrolado de la
producción y/o desactivación del catalizador.
A. CONTROL DE TEMPERATURA
A.2. Control sobre el calor eliminado mediante la modificación del coeficiente global de transporte, 
U.
• La manipulación del caudal de reciclo será una
buena opción cuando el valor de U sea sensible
en el rango de velocidades de recirculación que
pueda darse.
• Hay que tener en cuenta que cuanto mayor es el
reciclo, menor producto se obtiene, lo que
condiciona el caudal máximo de reciclo posible.
A.2.1 Control de T mediante regulación del caudal de reciclo
Teniendo en cuenta que 𝑄𝑄 = 𝑈𝑈 � 𝐴𝐴 � ∆𝑇𝑇, ser puede controlar el calor de reacción a través de la
modificación de U. Este parámetro no se puede manipular directamente, sino alguna variable que
influya sobre su valor.
A. CONTROL DE TEMPERATURA
A.2.2 Control de T mediante caudal de líquido refrigerante 
La manipulación del caudal de refrigerante
posiblemente sea la opción más sencilla y más
intuitiva. Sin embargo, esta estrategia no se
emplea con mucha frecuencia por muchos
motivos:
• El efecto del caudal de refrigeración sobre hext
prácticamente es nulo en régimen turbulento.
• Aunque hext se vea afectado por el caudal de
refrigerante, su efecto es despreciable
comparado con el hint.
• Esta estrategia de control provoca una
modificación constante del tiempo de
residencia del refrigerante en la camisa,
modificándose el tiempo muerto del proceso
de refrigeración.
• Hay muy poca linealidad entre la temperatura
de reacción y el caudal de refrigerante
(dificultad de control)
A. CONTROL DE TEMPERATURA
A.2.3 Control de T mediante caudal de líquido refrigerante con recirculación
• Permite mantener constante el
tiempo muerto del proceso de
refrigeración y la temperatura
del refrigerante, evitando la
generación de perfiles en la
camisa.
• El coeficiente global de
transporte se mantendrá en un
valor adecuado
A. CONTROL DE TEMPERATURA
A.2.3 Control de T mediante caudal de líquido refrigerante con recirculación
• El control de temperatura se puede
realizar manipulando tanto el caudal de
refrigerante recirculado como el aporte
de refrigerante fresco.
• La manipulación del refrigerante
recirculado, manteniendo una velocidad
de reciclo constante apenas conduce a
cambios de U, sin embargo afecta en
gran medida a ΔT.
• El calor de reacción eliminado se ve muy
afectado por la temperatura del
refrigerante recirculado.
A. 2.4. Control de T mediante caudal de líquido refrigerante con recirculación en cascada
Se mide la temperatura en el interior del
reactor y en función de la misma se
determina si ha de eliminarse más o menos
calor del reactor. Ello se traducirá en una
nueva temperatura del refrigerante
recirculado, requerida para tener un ∆T
óptimo, que se obtendrá mediante la
manipulación del aporte de refrigerante
fresco.
A. CONTROL DE TEMPERATURA
Reacciones endotérmicas. Son autorregulables. Requieren un aporte constante de calor para
llevarse a cabo, si se corta el suministro de calor, la reacción se detiene. El control de
temperatura debe garantizar una energía de activación óptima. Para ello ha de asegurarse
que los reactivos entran al reactor con una determinada temperatura, que puede conseguirse
de formas muy diversas:
• Calentando cada reactivo de forma independiente.
• Calentando conjuntamente ambos reactivos.
• Calentando los reactivos empleando como fluido calefactor el propio producto de
salida de la reacción.
• Control en cascada del fluido calefactor
A. CONTROL DE TEMPERATURA
B. CONTROL DE LA ALIMENTACIÓN
B.1. Uno de los reactivos (L) difiere en fase del otro (G) y de los productos (G)
Cuando alguno de los reactivos se encuentra en un estado de agregación diferente al del resto
de reactivos y productos, se adiciona automáticamente a medida que se va consumiendo en el
medio de reacción.
• Con un reactivo líquido, la adición del reactivo
se llevará a cabo mediante el control del nivel
del reactor.
• Así, el descenso del nivel en el reactor, como
consecuencia del consumo de dicho reactivo,
se compensará inmediatamente añadiendo
más reactivo.
• El resto de reactivos, al ser gaseosos, se
podrán controlar con los correspondientes
controladores de presión.
Una vez establecidas las condiciones de presión o temperatura con la que debe trabajar un
reactor, maximizar tanto la conversión de reactivos como la producción del reactor está
fuertemente relacionado con la relación estequiométrica de los reactivos que participan en la
reacción. Por lo que controlar la forma que en los diferentes reactivos se alimentan al reactor
se convierte en una tarea muy importante.
B.2. Uno de los reactivos (G) difiere en fase del otro (L) y de los productos (L)
B. Control de la alimentación
Por el contrario cuando se empleé un
reactivo en estado gaseoso, siendo tanto
el resto de reactivos como el producto
de reacción compuestos líquidos, el
consumo de reactivo gaseoso se evaluará
través de la presión en el interior del
reactor. De modo que si la presión baja,
se aportaría mayor caudal del reactivo
gaseoso.
B. Control de la alimentación
B.3. Dos reactivos con el mismo estado de agregación sin reciclo.
La estrategia de control más ampliamente empleada para mantener una determinada
relación e entre diferentes reactivos es el control en proporción.
Reciclo de reactivo en exceso
B. Control de la alimentación
B.4. Dos reactivos con el mismo estado de agregación con reciclo.
El control del reactivo limitante se hará de
forma independiente para asegurar la
producción deseada, y por otro lado se
controlará el caudal del reactivo en exceso
(cuyo control no será muy crítico al estar en
exceso) para que se alimente con caudal
constante. Dicho caudal del reactivo en
exceso estará formado por la fracción del
reactivo separada del producto más un
aporte de reactivo fresco.
Reciclo de reactivo de inerte (disolvente).
B. Control de la alimentación
B.4. Dos reactivos con el mismo estado de agregación con reciclo.
Los procesos de absorción se basan en la captura de determinados compuestos presentes en una
corriente gaseosa, por medio de un absorbente líquido.
• El proceso de transferencia de materia
depende fuertemente de la presión de vapor
de los componentes → Temperatura.
• La correcta selección de la temperatura
permitirá trabajar en régimen de absorción o
desorción (stripping)
• Para favorecer el proceso de absorción, la
temperatura del absorbente debe mantenerse
lo más baja posible y la presión en la columna
lo más alta posible.
Lazo simple de control de una columna de 
absorción.
(Se controlan las corrientes L y B para cerrar el 
balance de materia)
A. Control de la alimentación.
• Realizando el balance de materia por componente
se obtiene que para controlar el caudal de L, en
realidad se debe controlar la relación L/V.
• Se trata de una estrategia de control de relación. A
partir del caudal de alimentación, y de la relación
L/V deseada, se manipulará el caudal del
absorbente.
• EL nivel de líquido en la torre se controla con un
lazo en cascada nivel-caudal de producto.
Se trata de controlar la calidad del producto de cabeza, mediante la manipulación del
caudal de alimentación del absorbente (L).
𝑉𝑉 + 𝐿𝐿 = 𝐺𝐺 + 𝐵𝐵 B.M.Total
𝑉𝑉 � 𝑧𝑧 + 𝐿𝐿 � 𝑤𝑤 = 𝐺𝐺 � 𝑦𝑦 + 𝐵𝐵 � 𝑥𝑥 Balance por componente
𝐺𝐺 1 − 𝑦𝑦 = 𝑉𝑉 1 − 𝑧𝑧 Solo se absorbe y y z
𝐿𝐿
𝑉𝑉
= (𝑧𝑧−𝑦𝑦)(1−𝑥𝑥)
(𝑥𝑥−𝑤𝑤)(1−𝑦𝑦)
Combinando
G,x
L,w
B,x
V,z
B. Control de temperatura del absorbente.
• Es necesario mantener la temperatura del absorbente lo mas baja posible.
(Hay un límite, la temperatura de V)
• El objetivo es mantener constante un ∆T entre la alimentación y el absorbente.
• Se miden ambas temperaturas y se calcula el ∆T real con (TX). Dicho ∆T se
compara con el SP deseado (control dif. de temp.) y en función del resultado
se determina si hay que ↑ o ↓ la temperatura del absorbente, actuando el
controlador TC sobre el by pass del enfriador.
Falta una válvula (control en Split range) (TEMA 6)
¿Cómo responderá el sistema si disminuye la temperatura de V?
Desorción / Stripping
El objetivo de la desorción (o stripping) es eliminar o recuperar los compuestos gaseosos
previamente absorbidos en una corriente líquida. Por tanto se alimenta una corriente líquida
a través de la cual se hace pasar una corriente gaseosa que arrastrará consigo los
componentes gaseosos disueltos en la corriente líquida.
En este caso, el absorbente procedente de la
etapa de absorción se alimenta por cabeza. El
producto de fondo se calienta en un reboiler,
con el objetivo de aumentar la presión de
vapor de todos los componentes y se devuelve
a la columna en fase gas. El gas va ascendiendo
y se le va transfiriendo el componente
gaseoso
a recuperar.
Por ultimo, en cabeza de columna, el gas de salida (absorbente más componente gaseoso a
recuperar) pasa por un condensador. El objetivo es condensar el absorbente, que se devuelve
a la columna como reflujo, mientras que el componente gaseoso a recuperar se extrae puro
del condensador.
Configuración típica en ciclos cerrados de absorción/desorción.
Desorción / Stripping
Esquema de control simple de una columna de desorción. 
La labor del
condensador es
devolver el absorbente
a la columna, en forma
de reflujo, para evitar
que se elimine con el
gas de cabeza.
Por tanto, cuando una columna de stripping funciona conjuntamente con una columna de
absorción, el producto gaseoso a capturar sale a través del acumulador de la columna de
stripping, mientras que la corriente de fondo de la columna regeneradora (absorbente
regenerado) se recircula a la columna de absorción.
Conjunto absorción-desorción
• Control de nivel del condensador en
cascada con el caudal de alimento del
abosorbente regenerado a la torre
regeneradora.
• Control de presión en ambas columnas
por cabeza.
• Control del caudal de fluido calefactor.
En la figura se muestran los lazos más simples que podrían emplearse para el control del
conjunto absorción-desorción. Se puede observar cómo se enfría la corriente de absorbente
que sale por el fondo de la columna regeneradora, para mejorar la capacidad de absorción.
También existe una bomba de impulsión en el circuito de fondo de la columna regeneradora,
ya que la columna de absorción opera a mayor presión que la columna de stripping.
Junto con estos lazos simples, podrían incluirse las estrategias de control, vistas anteriormente,
para mantener la relación L/V o la diferencia de temperatura óptimas en la columna de
absorción.
Conjunto absorción-desorción
Relación L/V 
Control T
		BLOQUE III. Aplicaciones del control en equipos industriales relacionados con la ingeniería ambiental
		Número de diapositiva 2
		Número de diapositiva 3
		Número de diapositiva 4
		Número de diapositiva 5
		Número de diapositiva 6
		Número de diapositiva 7
		Número de diapositiva 8
		Número de diapositiva 9
		Número de diapositiva 10
		Número de diapositiva 11
		Número de diapositiva 12
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		Número de diapositiva 14
		Número de diapositiva 15
		Número de diapositiva 16
		Número de diapositiva 17
		Número de diapositiva 18
		Número de diapositiva 19
		Número de diapositiva 20
		Número de diapositiva 21
Tema1.pdf
BLOQUE I. TEORIA DE 
CONTROL
TEMA 1: DINÁMICA DE PROCESOS (I) 
1. Introducción
2. Variables básicas de un lazo de control
3. Control por realimentación y control anticipativo
4. Modos de operación en un lazo de control
5. Señales e instrumentación básica en un lazo de control
1) Modo de operación estable (variables con valores en constantes) y seguro, cumpliendo
unas determinadas restricciones y en la posición más cercana a la óptima posible (valores de
diseño).
2) Efectuar acciones de vigilancia y corrección de forma automática instalación de un
conjunto de instrumentos de medida y manipulación del proceso.
ProcesoMaterias Primas Productos
Operación de forma segura, económica y 
respetuosa con el medio ambiente
Valor constante de las diferentes variables del proceso
(presión, temperatura, caudal, composición, etc.) para el
funcionamiento óptimo del proceso
Régimen nominal de trabajo
PERTURBACIONES
Modificación de las 
variables del proceso
SISTEMA DE CONTROL 
Variables de Operación: Mantenerse en un valor o rango de valores establecido 
No deben superar o descender de ciertos valores límite 
• Variable controlada o variable de proceso (VC (PV) o ym): La variable controlada es
aquella cuya magnitud desea mantenerse en un valor deseado.
• Punto de consigna o set point (SP o yr): Es el valor que se desea mantener en la
variable controlada.
• Variable manipulada o variable de control (m): Es la variable del proceso que se
emplea para compensar o corregir el efecto de las perturbaciones.
T1
Tw
AR
T2
TIC
• Variable de perturbación (d): Variables externas al sistema de control, pero que afectan a
la variables controlada. Se pueden clasificar las perturbaciones en:
o Perturbaciones de entrada: Cambios que se producen tanto en la masa como
en la energía de la entrada al proceso y que pueden provocar variaciones en las
condiciones de operación del mismo para alejarlo de su punto de consigna.
o Perturbaciones de carga: Son perturbaciones provocadas sobre variables
diferentes a las de entrada del proceso. Esto hace que no puedan ser predichas
y por tanto no se puedan medir (formación de volúmenes muertos,
precipitación de solidos…).
o Perturbaciones de punto de consigna: Ocurren cuando se modifica el punto de
consigna o estado deseado para una determinada variable de proceso.
T1
Tw
AR
T2
TIC
El sensor/transmisor mide la variable de proceso. La señal del transmisor se compara con el set
point o punto de consigna (sumador). La diferencia entre ambas en el error, que se introduce en
el controlador, el cual calcula la acción correctora sobre el proceso en función del algoritmo que
tenga programado y mandara una señal a elemento final de control (OP) (normalmente una
válvula que controla un caudal).
Sensor/transmisor
Modo de control automático más extendido. 
 No es necesario conocer profundamente el proceso. 
 Es barato y sencillo de implementar. 
 La perturbación solamente es detectada una vez que se ha propagado por todo el 
sistema.
El proceso se controla en función del error, es decir, en función de la desviación existente entre el
valor real de la variable que se desea controlar y el valor deseado, o set point.
Sensor (mide la PV)
Transmisor
Elemento final 
de control
T = Variable controlada (=PV)
Te = Variable de 
perturbación
Controlador
Qv = Variable manipulada
La teoría de control anticipativo se basa en llevar a cabo una acción correctora sobre el proceso,
en función de la variación ocurrida sobre una perturbación, sin necesidad de esperar a que se
produzca un error sobre el valor de la variable controlada.
• Actúa sobre el proceso en función de las variables de perturbación observadas.
• La perturbación es detectada antes de que entre al sistema, evitando su
propagación.
• Implementación es bastante compleja puesto que precisa de un conocimiento
profundo del proceso.
La teoría de control anticipativo se basa en llevar a cabo una acción correctora sobre el
proceso, en función de la variación ocurrida sobre una perturbación, sin necesidad de esperar a
que se produzca un error sobre el valor de la variable controlada.
T = Variable controlada
Te = Variable de 
perturbación (=PV)
Qv = Variable manipulada
Controlador
Transmisor
Sensor (mide la PV)
LAZO DE CONTROL ABIERTO O MANUAL: El controlador no recibe ninguna señal del proceso
 no se compara la variable medida con el SP. No tienen en consideración las perturbaciones
internas o externas del sistema.
LAZO DE CONTROL CERRADO O AUTOMÁTICO: la salida del controlador es calculada en función de
la información que recibe del proceso (variable medida) y el algoritmo de control implementado. Es
decir, se compara el valor medido del proceso con el valor deseado y se genera una acción sobre el
proceso. En estos sistemas se pueden tener en cuenta las perturbaciones y podrán ser corregidas.
Producto de 
salida
OPERARIO SISTEMA DE CONTROL ACTUADOR
PROCESOProducto de 
entrada
OPERARIO SISTEMA DE CONTROL ACTUADOR
PROCESO Producto de salida
Producto 
de entrada
SENSOR/TRANSMISOR
• Sensor/es: Instrumentos que miden las variables de proceso (Variable controlada
y las variables de perturbación). Ej: termopares, termorresistencias, placas de
orificio... Se basan en medir un fenómeno físico cuya magnitud sea proporcional a
la variable a medir.
• Transmisor: Convierte la magnitud del efecto físico
del sensor en una señal
estándar que pueda ser transmitida una distancia sin verse perturbada y que
pueda ser entendida por un controlador (independientemente del fabricante).
Señal estándar eléctrica (4-20 mA)
Señal neumática (3-15 psi, 0.2-1 bar)
Señal Digital
• Controlador: recibe señal correspondiente a la variable medida y calcula la acción
de control según un algoritmo programado. El cálculo se traduce en un valor
determinado de la señal de salida que se envía al elemento final de control 
Output del controlador (OP). Señal normalizada.
Controladores: analógicos o digitales (Convertidores AD (analógico-digital) y DA
(digital-analógico)).
• Elemento final: es el que modifica la variable manipulada (caudal) de acuerdo con
la acción del controlador: válvulas de control, motores velocidad variable,
tiristores.
Sensor/medida
Conectado
directamente al 
proceso: Mide
PV
Transmisor
Convierte la 
medida en una
señal
normalizada
transmisible
Controlador
Compara la PV 
y SP y genera 
una señal de 
salida
Convertidor
Transforma la 
señal de 
control en otra
comprensible
por el 
elemento final 
de control
Elemento final 
de control
Actúa
directamente
sobre el 
proceso
modificando el 
valor de la 
variable 
controlada
Sensor 
(mide la 
PV)
TransmisorElemento final 
de control
T = Variable controlada
Te = Variable de 
perturbación
Controlador
LAZO DE CONTROL
La función del controlador es recibir la señal estándar del valor de la variable de
proceso y, en base a ese valor y al algoritmo de control programado en él, calcular el
valor de la variable de salida del controlador que se enviará a continuación al
elemento final de control.
Los primeros controladores empleados eran analógicos. Actualmente, el
procesamiento de la información en los controladores se hace de manera digital, por
lo que estos equipos se diseñan con convertidores de señal digital/analógica y
viceversa (D/A – A/D).
De forma general los controladores disponen de una serie de utilidades básicas:
• Un selector manual/automático: Permite seleccionar entre trabajar en lazo abierto o
en lazo cerrado.
• Capacidad de programación para implementar el algoritmo de control
• Un selector de tipo de actuación (directa/inversa): Cuando se selecciona actuación
directa, ante un incremento en la variable de proceso, la señal de salida del controlador
aumentará. Por el contrario, cuando se selecciona actuación inversa, ante un
incremento en la variable de proceso, la señal de salida del controlador disminuirá.
Controlador
Tipos de control: Se distinguen distintos tipos de control en función de una lectura de la
variable a controlar continua o discreta. Esta distinción se extiende también a la salida de
control, que puede ser también continua o discreta. Así hay control discreto, continuo y
control mixto.
LC
		BLOQUE I. TEORIA DE CONTROL
		Número de diapositiva 2
		Número de diapositiva 3
		Número de diapositiva 4
		Número de diapositiva 5
		Número de diapositiva 6
		Número de diapositiva 7
		Número de diapositiva 8
		Número de diapositiva 9
		Número de diapositiva 10
		Número de diapositiva 11
		Número de diapositiva 12
		Número de diapositiva 13
		Número de diapositiva 14