INTRODUCCION AL CONTROL DE PROCESOS

DIFERENTES TIPOS DE CONTROL

CONTROL CLÁSICO (controladores P, PI, PID)

Enfoque frecuencial.

Aplica la transformada de Laplace a sistemas lineales o linealizados. Considera los siguientes temas.

Estabilidad de Routh. Desarrollado por John Routh (Quebec 1931).

Funciones de transferencia. Desarrollado por Harris del M.I.T. en 1942.

H. W. Bode desarrollo lo diagramas de Bode entre 1940-1945.

Hall desarrolla los diagramas de bloques en 1943.

En 1950 Evans diseña el método del lugar de las raíces.

En 1950 J. G. Ziegler y N. B. Nichols desarrollan un procedimiento de sintonizar controladores clásicos.

En 1956 G. Coon propone un método empírico para sintonizar controladores clásicos.

CONTROL MODERNO

Considera el control con enfoque espacial, el control multivariable, control en cascada, control prealimentado, control de tiempo muerto, etc.

CONTROL CON ENFOQUE TEMPORAL

No utiliza la transformada de Laplace. Para un sistema lineal sintoniza asignando polos. En 1950 tiene lugar la primera conferencia de IFAC. Se nota el cambio de dirección de los métodos frecuenciales a los métodos, los cuales denominaron el interés por las siguientes dos décadas. En 1960 Kalman introduce los conceptos de contrabilidad y observabilidad.

CONTROL DIGITAL

Tiene la característica de ser un sistema discreto. En 1947 Hurewicz da los primeros pasos para una teoría de los sistemas muestreados. En 1950 se publica el primer trabajo sobre la aplicación de la computadora a un control industrial. Ragazzini y Zadeih definen la transformada Z introducida por Hurewicz.

CONTROL ÓPTIMO

Graham y Lathrop en 1953 consideran los criterios de IAE (Integral absolute error), ISE (Integral squared error) como indicadores para sintonizar el controlador. L. S. Pontryagin en 1956 establece el fundamento de la teoría de control óptimo usando el cálculo de variaciones desarrollados por L. Euler (1707-1783); R. Bellman usa en 1957 programación dinámica para resolver problemas de control óptimo.

CONTROL ADAPTATIVO

Propone un controlador cuyos parámetros se ajustan a los valores de los parámetros del sistema en 1958 Kalman propone un regulador auto sintonizado (STR) utilizando identificación de parámetros pos mínimos cuadrados.

OBJETIVOS PARA EL CONTROL DE UN PROCESO QUÍMICO

-SEGURIDAD. Es mantener presiones por debajo de ciertos valores-

-ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO. La planta debe producir la cantidad y calidad del producto

-REGULACIONES AMBIENTALES. Mantener los efluentes dentro de los límites que regulan el tema.

-LIMITACIONES OPERACIONALES. Los tanques no deben rebosarse o quedar secos. La temperatura en un reactor no debe ser tan alta que destruya el catalizador.

-ECONOMÍA. El sistema de control ayuda a utilizar en forma planeada el uso de las materias primas, energía, capital y esfuerzo humano.

NECESIDADES QUE UN SISTEMA DE CONTROL DEBE RESOLVER

1.- Anular la influencia de perturbaciones externas

2.- Asegurar la estabilidad de un proceso químico

3.- Optimar el funcionamiento de un proceso químico

I.- ANULAR LA INFLUENCIA DE PERTURBACIONES EXTERNAS

TANQUE CALENTADO

OBJETIVOS:

-Mantener la temperatura del efluente T a Ts (valor deseado)

-Mantener el volumen del líquido en el tanque a Vs

PERTURBACIONES

-Fi Flujo de entrada

-Ti Temperatura de entrada

CONFIGURACIÓN PARA GUARDAR LA TEMPERATURA DE SALIDA CONSTANTE PARA EL TANQUE CALENTADO.

Si T > Ts < 0

El controlador disminuye la entrada de vapor hasta que T = Ts.

Si T < Ts Se incrementa el flujo

de vapor.

CONFIGURACIÓN PARA MANTENER EL VOLUMEN DEL TANQUE CONSTANTE.

Si hs>h >0

El controlador aumenta la entrada de caudal hasta que h = hs.

Si hs < h

Se incrementa el flujo de entrada

Los dos casos anteriores son conocidos como RETROALIMENTADOS y su característica es que es el control actúa hasta que la perturbación ha sido sentida en el proceso.

Existe otro acomodo conocido como PREALIMENTADO

Configuración para guardar la temperatura constante.

*A pesar de que este tipo de control actúa antes de que el sistema sea alterado, por seguridad este tipo de control no se utiliza por si solo.

II.- ASEGURAR LA ESTABILIDAD DE UN PROCESO

El sistema I y II sufren una perturbación en t=t0. El caso I se regula y vuelve al estado estable, efecto que no sucede con II que es inestable.

CONSIDERAR EL CASO DE UN REACTOR CONTINUO AGITADO

REACCIÓN

EXOTÉRMICA

A B

El calor generado por la reacción es afectado por exponenciales A (Arrhenius).

El calor removido por la mezcla enfriante es lineal B.

Cuando el calor removido es igual al producido por la reacción, el sistema es estable (P1, P2, P3)

Considerar que inicialmente el reactor se halla en T2 y CA2, y que la temperatura del alimento se incrementa causando, que la temperatura en el reactor alcance T´2 aquí el calor extraído del reactor es menor que el que genera la reacción causando un aumento mayor de temperatura en el reactor y así sucesivamente hasta llegar a P3 donde se estabiliza. En forma idéntica si iniciamos en P2 y disminuye la temperatura hasta P1, lo que indica que el punto P2 es inestable. Si iniciamos en P1 ó P3 y entra alguna perturbación en temperatura por el flujo,

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