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MAESTRIA OPERACIONES PETROLERAS. 1VERS. 6ED. & DIPLOMADO

INSTRUMENTACIN Y CONTROL EN PLANTAS DE PROCESOS. 2VERS. 1ED.

Docente: Ing. Nelson YaezCorreo: nelson@cotas.com.bo

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CONTROL DE PROCESOS Y REDES

1. Introduccin al Control de Procesos

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Introduccin al Control de Proceso

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El control del proceso se refiere a los mtodos quese utilizan para controlar las variables de procesoen la fabricacin de un producto. Por ejemplo,factores tales como la proporcin de uncomponente a otro, la temperatura de losmateriales, lo bien que los ingredientes semezclan, y la presin bajo la cual los materiales sellevan a cabo pueden afectar significativamente lacalidad de un producto final. Fabricantes decontrol del proceso de produccin por tresrazones: Reducir la variabilidad Aumentar la eficiencia Garantizar la seguridad

Introduccin al Control de Proceso

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Reducir la variabilidad

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Aumentar la eficiencia

Algunos procesos deben mantenerse en unpunto especfico para maximizar la eficiencia.Por ejemplo, un punto de control puede ser latemperatura a la que una reaccin qumica selleva a cabo. El control preciso de latemperatura se asegura la eficiencia delproceso. Fabricantes de ahorrar dinero alreducir al mnimo los recursos necesarios paraproducir el producto final.

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Garantizar la seguridad Un fugitivo de proceso, como una reaccin fuera decontrol nuclear o qumica, puede resultar si losfabricantes no mantienen un control preciso detodas las variables de proceso. Las consecuenciasde un fugitivo proceso puede ser catastrfico.

El control preciso del proceso tambin puede sernecesario para garantizar la seguridad. Porejemplo, mantener la presin de la calderaadecuada mediante el control del flujo de aireutilizado en la combustin y la salida de los gasesde escape es crucial en la prevencin deimplosiones de la caldera que claramente puedeamenazar la seguridad de los trabajadores.

Los procesos de control estn envueltos devariables que se desean mantener en un valordeseado. Dichas variables entran y salen delmismo proceso por ejemplo: caudales,temperaturas, niveles, composiciones, etc. Paracada una de estas variables se establecer unvalor deseado llamado punto de ajuste o punto dereferencia.

Las perturbaciones son tambin entradas alproceso pero sobre las que no se pueden actuar ytienden a llevar a las variables controladas fuerade sus condiciones deseadas.

Introduccin al Control de Proceso

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Ser entonces necesario contar con algnsistema de control para ajustar las variablesmanipuladas a manera de mantener las variablescontroladas en su valor deseado a pesar de lasperturbaciones.

Tambin puede ser necesario modificar losvalores deseados requirindose entoncesmodificar las variables manipuladas para llevarlas variables controladas a sus nuevos valores.

Introduccin al Control de Procesos

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Variables Envueltas en el Control de Un Proceso

SISTEMAS DE CONTROL

Existen 5 tipos:1) Control realimentado manual:

El operador observa (sensa) el valor real de la variable controlada.

Lo compara con el valor deseado.

Toma una decisin (controla).

Modifica (acta) el valor de la variable manipulada.

El operador efecta entonces todas las labores requeridas dentro del lazo de control realimentado.

2) Lazo realimentado automticamente

Dispositivo de medicin (SENSOR).

El valor es entonces transmitido

(TRANSMISOR)

Al equipo de control (CONTROLADOR)

Las valores de correccin son enviados a los elementos finales de control (ACTUADOR-

ELEMENTO FINAL)

Este esquema establece un lazo cerrado de realimentacin base fundamental de su funcionamiento.

3) Control de lazo abierto (prealimentado, en avance, enadelanto)El operador debe conocer cuando y como ajustar la variable manipulada para compensar los efectos de las perturbaciones en forma exacta.

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4) Control prealimentado automticoDeben existir sensores para medir las perturbaciones entrando alproceso. Basado en los valores medidos de las perturbaciones,el valor deseado de la variable controlada y de la informacin delproceso incorporada a l, el control prealimentado calcula elvalor requerido de la variable manipulada para eliminar el efectode las perturbaciones.

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5) Control realimentado

Justificacin Econmica del Control de proceso

Justificacin basada en: Operacin segura Se cubren las restricciones medioambientales Beneficios Econmicos(ej. Incremento del nivel de

produccin, reduccin en el costo de las materias primas o incremento en la calidad del producto)

Extensin de la vida til de los equipos

Ejemplo:

Validacin de la produccin en el tiempo: (a) Antes de las mejoras de control; (b) despus. La variable de operacin es el % de etano.

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El lazo de control Imagnese que usted est sentado en una cabinafrente a una pequea fogata en una fra noche deinvierno. Usted se siente incmodo con el fro, porlo que lanza otro leo al fuego. Esto es un ejemplode un lazo de control. En el lazo de control, unavariable (la temperatura) cay por debajo delvalor (su nivel de confort), y tom medidas paraque el proceso retorne a la condicin deseada,aadiendo ms lea al fuego. El lazo de controlahora se mantendr estable, hasta que latemperatura suba de nuevo por encima o caigapor debajo de su nivel de comodidad.

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Tres Funciones Primordiales

Los lazos de control en los procesos de trabajo en la industria funcionan de la misma manera, lo que se requiere es que se realicen tres tareas importantes que so las siguientes:

Medicin Comparacin Ajuste

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Ejemplo 1:En la figura, un transmisor de nivel (LT) mide el nivel en el tanque y transmite una sealasociada con el nivel de lectura a un controlador (LIC). El regulador compara la lectura a unvalor predeterminado, en este caso, el nivel mximo del depsito establecido por el operadorde la planta, y considera que los valores son iguales. El controlador enva una seal aldispositivo que puede modificar el nivel del tanque a un nivel inferior, en este caso una vlvulaen la parte inferior del tanque. La vlvula se abre para permitir la salida de lquido fuera deltanque.Muchos de los diferentes instrumentos y dispositivos pueden o no utilizarse en circuitos decontrol (por ejemplo, transmisores, sensores, controladores, vlvulas, bombas), pero las trestareas (medicin, comparacin, y el ajuste) estn siempre presentes.

EJEMPLO 2:

EJEMPLO 3:

EJEMPLO 4:

EJEMPLO 5:

En las primeras aplicaciones del control PID el ajuste sebasaba nicamente en la experiencia del operador deplanta.

En procesos lentos cada prueba de sintona puede llevarhoras e incluso das.

Para solucionar estos problemas Ziegler y Nichosl (1942)propusieron tcnicas empricas para la sintona de PID nointeractivos obtenidas tras numerosas pruebas y sinpresuponer ningn conocimiento de la planta a controlar.

Existen dos mtodos de Ziegler-Nichols

- Ziegler-Nichols en lazo abierto

- Ziegler-Nichols en lazo cerrado

En ambos mtodos Ziegler-Nichols, el objetivo es conseguirque el valor del Mximo sobreimpulso sea menor del 25%para una entrada en escaln

Sintonizacin de un lazo

Sintonizacin decontroladores PIDDebido a que casi todos los controladores PID se ajustan en elsitio, en la literatura se han propuesto muchos tipos diferentesde sintonizacin delicada y fina de los controladores PID en elsitio. Asimismo, se han desarrollado mtodos automticos desintonizacin y algunos de los controladores PID poseencapacidad de sintonizacin en lnea.

Control PID de plantas: la figura muestra el control PID de unaplanta. Si se puede obtener un modelo matemtico de la planta,es posible aplicar diversas tcnicas de diseo con el fin dedeterminar los parmetros del controlador que cumpla lasespecificaciones en estado transitorio y en estado estable delsistema en lazo cerrado. Sin embargo, si la planta es tancomplicada que no es fcil obtener su modelo matemtico,tampoco es posible un enfoque analtico para el diseo de uncontrolador PID. En este caso se debe recurrir a los enfoquesexperimentales para la sintonizacin de los controladores PID

Filosofa de Control y el uso de modelosDos enfoques para el diseo de sistemas de control.

1. Enfoque TradicionalLa estrategia de control y e equipamiento del sistema son seleccionados basados en el conocimiento del proceso, experiencia e introspeccin. Despus que el sistema esta instalado en la planta, los limites del controlador son ajustados, es decir el controlador es sintonizado

2. Enfoque basado en un modeloUn modelo de proceso se desarrolla y se basa en el modelo, se seleccionan la estrategia de control adecuada y el equipamiento sistema.El enfoque basado en un modelo es el ms ventajoso.

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Los tipos ms comunes de los lazos de control y lostipos de algoritmos de control que se utilizannormalmente

Tipos de lazos comunes

El Uso de un Modelo de Proceso

Se puede utilizar como base para mtodos de diseo de controladores clsicos.

Puede ser incorporado directamente en la ley de control, un enfoque que ahora es el punto de partida de muchas tcnicas de control avanzado.

Se puede utilizar para desarrollar una simulacin por computador del proceso para permitir la exploracin de las estrategias de control alternativas y para calcular los valores preliminares de ajuste del controlador.

LAS LEYES BSICAS PARA DESARROLAR UN CONTROL DE PROCESOS!

Primera Ley: El mejor sistema de control es el sistema ms simpe que podra realizar el trabajo.

Segunda Ley: Uno debe entender el proceso antes de tratar de controlarlo.

Tercera Ley: El control nunca ser posible si no es posible desarrollar un modelo matemtico.

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