Conceptos basicos

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Conceptos Básicos
L. G. BerghL. G. Bergh
Departamento Procesos QuímicosDepartamento Procesos Químicos
Biotecnológicos y AmbientalesBiotecnológicos y Ambientales
Universidad T. F. Santa MaríaUniversidad T. F. Santa María
Valparaíso, ChileValparaíso, Chile
Objetivos y alcances
• Unificar conceptos
• Entender fundamentos
• Entender naturaleza de los problemas
• Entender alcance de los beneficios
• Entender el rol de cada uno
• Dar una visión del estado actual
Idea central de control
• Objetivos
• Recursos
• Restricciones
Objetivos
• Globales ($, costos y beneficios)
• Intermedios (min Tp, max η, min var%, min consumo reactivos, 
min consumo potencia, ... )
• Locales (nivel, flujo, % aire, % reactivos, % Cu, ... )
Restricciones
• Instrumentación.
• Operación.
• Equipos de proceso (diseño).
• Equipos computacionales, software.
Recursos
• Información (instrumentación, personal)
• Cambios operacionales (flujo, distribución de flujos, 
velocidades)
• Cambios de infraestructura (equipos, computadores)
Problema demasiado complejo
Objetivo: Construir casa, calidad
Recursos: Materiales y un detornillador
Restricciones: tiempo, personal
Solución: 
organización + herramientas
Organización
• Niveles de control de procesos
– Optimizante
– Supervisor
– Local
• Control de seguridad
– Alarmas
– Procedimientos de puesta en operación
– Procedimientos de detención parcial o total
Herramientas
• Control on-off
• Control convencional PID
• Control basado en modelo
– Dahlin, P redictor Smith, Deadbeat
– Predictivo (MV, LQG, IMC, DMC, ... )
– Adaptivo (OS, STR, ... )
• Control Inteligente
– Sistemas expertos
– Lógica difusa
– Redes Neurales
Control local: un objetivo medible
LIC
•• MediciónMedición
•• DecisiónDecisión
•• AcciónAcción
El lazo de control más simple
• 1 objetivo, 1 medición, 1 actuador, 1 controlador
ProcesoActuador
Medidor
Controlador
Parámetros
Set point
LIC
Medición: error experimental
Y = F(x, z)Y = F(x, z)
Y = f(x) + g(z)Y = f(x) + g(z)
Y = F(x) + eY = F(x) + e
ERROR:ERROR:
•• construcciónconstrucción
•• lectura ó comunicaciónlectura ó comunicación
•• Tmed TrealTmed Treal
•• Tmed TambTmed Tamb
Tmed
Treal
Tamb
Medición: error experimental
Termocupla:Termocupla:
•• Interpretación de mV (curva STD mV vs T)Interpretación de mV (curva STD mV vs T)
•• Cambios de termocupla vs tiempo (corrosión)Cambios de termocupla vs tiempo (corrosión)
PtPt--100:100:
•• Efecto resistencia terminalesEfecto resistencia terminales
•• Cambio temperatura en terminalesCambio temperatura en terminales
Tmed
Treal
Tamb
Error de medición de flujo
∆P
Plato orificio + dp/cellPlato orificio + dp/cell
Plato OrificioPlato Orificio ∆∆P P ¿¿significado?significado?
Instalación:Instalación: (tomas de presión,
fittings aguas 
arriba)
FlujoFlujo (velocidad)
Propiedades fluidoPropiedades fluido (densidad)
AnomalíasAnomalías (obstrucciones, 
deformaciones, excentricidad)
Tomas de presión a medidorTomas de presión a medidor
∆∆PP Señal [mA]Señal [mA]
Calibración cero y span con Calibración cero y span con 
variable conocidovariable conocido∆∆PP
Interpretación estadística
•• ExactitudExactitud
•• Precisión, repetibilidadPrecisión, repetibilidad
XX
ηη
RealRealMedidoMedido
X + 2X + 2σσX X -- 22σσ
x
Otras características
N
iv
el
 re
al
N
iv
el
 re
al
Nivel medidoNivel medido
HISTÉRESISHISTÉRESIS
Otras características
Tmed
LíquidoLíquido
Tmed
AireAire
Respuesta de temperatura
0
5
10
15
20
25
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
Tiempo (min)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
C) Velocidad de respuesta Velocidad de respuesta ττ
depende del mediodepende del medio
Deterioro calidad de medición
Instrumento: Instrumento: 
•• características intrínsicas (fabricante)características intrínsicas (fabricante)
•• características instaladocaracterísticas instalado Tmed
Treal
Tamb
Tmed
Corrección
•• Especificación del instrumentoEspecificación del instrumento
•• Instalación (layout, protección)Instalación (layout, protección)
•• Mantención:Mantención:
•• CalibraciónCalibración
•• ContrastaciónContrastación
Actuadores
•• Válvulas de controlVálvulas de control
•• Velocidad bombas, correasVelocidad bombas, correas
•• PosicionadoresPosicionadores
•• Switches Switches 
Válvulas de control
•• Especificación:Especificación:
•• MaterialesMateriales
•• Capacidad: CvCapacidad: Cv
•• Tipo: globo, mariposa, pinch, ...Tipo: globo, mariposa, pinch, ...
•• Curva característica: lineal, =%Curva característica: lineal, =%
•• Caso falla (FO, FC)Caso falla (FO, FC)
•• Instalación y calibraciónInstalación y calibración
•• MantenciónMantención
Válvulas de control
•• RestriccionesRestricciones
•• Saturación (0, 100%)Saturación (0, 100%)
•• Velocidad de respuestaVelocidad de respuesta
•• Falla aire (FO, FC)Falla aire (FO, FC)
•• Velocidad de respuestaVelocidad de respuesta
•• Obstrucción, desgaste, cavitaciónObstrucción, desgaste, cavitación
Controladores
•• Análogos (neumáticos, electrónicos)Análogos (neumáticos, electrónicos)
•• Computadores:Computadores:
•• PC, VAX, otrosPC, VAX, otros
•• PLC (GE,Telemecanique, Bailey, Siemens, ...)PLC (GE,Telemecanique, Bailey, Siemens, ...)
•• DCS (Fisher, Bayley, Honeywell, ...)DCS (Fisher, Bayley, Honeywell, ...)
Calidad de decisión
•• AlgoritmoAlgoritmo
•• Parámetros del algoritmoParámetros del algoritmo
•• Menores restricciones de configuración y de softwareMenores restricciones de configuración y de software
•• Características dinámicas del Características dinámicas del PROCESOPROCESO
Características dinámicas de un proceso
T
VaporVapor
Ganancia en EE = 30/10 =3Ganancia en EE = 30/10 =3
∆∆T / T / ∆∆P (P (°°C/psig)C/psig)
Estado estacionario inicial Estado estacionario final
Respuesta escalón
40
50
60
70
80
90
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
Tiempo (min)
T
em
pe
ra
tu
ra
 (°
C
)
Escalón en Presión de vapor
0
5
10
15
20
25
30
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
Tiempo (min)
Pr
es
ió
n 
(p
si
g)
Características dinámicas de un proceso
T
VaporVapor
Constante de tiempo Constante de tiempo 
ττ = 5 [min.]= 5 [min.]
Estado estacionario inicial Estado estacionario final
Escalón en Presión de vapor
0
5
10
15
20
25
30
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
Tiempo (min)
Pr
es
ió
n 
(p
si
g)
Respuesta escalón
40
50
60
70
80
90
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
Tiempo (min)
T
em
pe
ra
tu
ra
 (°
C
)
τ
0.632 * ∆T + Ti
Características dinámicas de un proceso
VaporVapor
T
Retardo por transporte = 2 [min.]Retardo por transporte = 2 [min.]
Estado estacionario inicial Estado estacionario final
Respuesta escalón
40
50
60
70
80
90
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
Tiempo (min)
T
em
pe
ra
tu
ra
(°
C
)
td
Escalón en Presión de vapor
0
5
10
15
20
25
30
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49
Tiempo (min)
Pr
es
ió
n 
(p
si
g)
Ejemplos de dinámicas
•• Ejemplos en ExcelEjemplos en Excel
•• Respuetas.xlsRespuetas.xls