Diapositivas de Control de Procesos

1. CONTROL DE PROCESOS
CICLO 2

2. Introducción a los Sistemas de Control
 SISTEMA
Sistema es un conjunto de elementos, interrelacionados entre sí, los
cuales se caracterizan por poseer unos parámetros inherentes que los
definen, y por mostrar unas condiciones físicas asociadas, susceptibles
de evolucionar con el tiempo.

3.  MODELO
Representación matemática del comportamiento del sistema. Se basa en
la relación entre las señales de entrada y salida.
 SEÑALES
 Transmiten información del sistema (entrada y salida)
 Según el tipo de información: Discretas y Analógicas
 PERTURBACIONES
 Señales que no se pueden medir y son impredecibles.

4. Proceso
 Un proceso es una parte de una planta de manufactura, en la cuál, el
material o la energía es convertida a otras formas de material o
energía.
Ejemplos:
 Cambio en presión, temperatura, velocidad, potencial eléctrico, etc.
PROCESO SALIDA
ENTRADA

5. Proceso continuo y proceso batch
Proceso Continuo
 El material es introducido y removido del proceso al mismo tiempo y el
proceso una vez iniciado, no para (Reacciones químicas, destilaciones,
separaciones, etc).
Proceso Batch
 El material se agrega a un contenedor; algún proceso se lleva a cabo; el
producto es removido y se sigue una secuencia que puede parar o
reiniciarse (Bebidas alcohólicas, productos alimenticios, etc).

6. Objetivos de Control
 Seguridad y estabilidad
 No se violen restricciones de operación
 Cumplimiento de normativa medioambiental
 Ajuste a la cantidad y calidad demandada
 Funcionamiento cercano al óptimo
 Menor coste y máximo beneficio

7. Características Deseadas
 Controlar las variables de salida para seguir la referencia
 Robusto ante inexactitudes del modelo y ante las
perturbaciones
 Utilización de variables auxiliares para mejorar el control
 Controlar sistemas con varias variables interaccionadas
 Controlar con objetivos complejos

8. Esquema de control básico
 Lazo clásico de control por realimentación de la salida

9. Motivación del Control Automático

10. Variables Involucradas
 Variables a controlar o salidas
 temperaturas, presiones, niveles, composiciones,
caudales, ...
Variables medidas
 Variables de entrada manipuladas
 aperturas de válvulas
 Variables de entrada de perturbación
 temperaturas, caudales, composiciones de materias
primas, ...
 Variables de consigna o de referencia

11. Elementos de Control
 Sensores y transmisores
– sensores miden el fenómeno
físico
– transmisores acondicionan la
señal
 Actuadores
– manipulan las variables de
control
 Controladores
- producen la ley de control

12. Aplicación del Control de Lazo Abierto y Lazo Cerrado
en la Industria
CONTROL EN LAZO ABIERTO
Procesos de producción: en una línea de ensamblaje
de fabricación donde se ejecutan tareas secuenciales y
repetitivas.
Control de dispositivos: en el control de motores de
corriente continua en aplicaciones simples donde no se
requiere ajustar la velocidad o posición.
Sistemas de información: En algunas aplicaciones de
la industria, se utilizan sistemas en lazo abierto para la
transmisión de datos o información en una dirección,
sin necesidad de retroalimentación o ajuste en tiempo
real. Por ejemplo, en la transmisión de datos a través de
un sistema de comunicación unidireccional.

13. CONTROL EN LAZO CERRADO
Control de procesos industriales: en el control de temperatura,
presión o flujo en sistemas de producción química, petroquímica,
alimentos, entre otros.
Control de robots: En la industria de la robótica, el control en lazo
cerrado se utiliza para controlar el movimiento y la posición de los
robots. La retroalimentación constante de sensores permite ajustar y
corregir la trayectoria y asegurar la precisión en las tareas realizadas
por los robots.
Control de sistemas de transporte: En aplicaciones de transporte
automatizado, como sistemas de transporte de materiales o vehículos
autónomos, el control en lazo cerrado es esencial para mantener la
trayectoria, la velocidad y evitar colisiones.
Control de procesos de fabricación: En la fabricación de productos,
control en lazo cerrado se utiliza para garantizar la calidad y
consistencia del producto final. Por ejemplo, en el control de la
presión, temperatura, velocidad de alimentación, entre otros
parámetros, en procesos de fabricación de productos farmacéuticos,
electrónicos, alimentos, entre otros.

14. Dinámica de un Proceso Industrial
 La dinámica de un proceso industrial se
refiere al comportamiento y respuesta
del sistema frente a cambios en las
variables de entrada o condiciones
externas.
 Comprender la dinámica de un proceso
es fundamental para diseñar estrategias
de control efectivas y optimizar su
funcionamiento.

15. El comportamiento dinámico de un proceso industrial se puede
analizar en función de:
 Tiempo de retardo: Es el tiempo que transcurre desde que se
realiza un cambio en la variable de entrada hasta que se observa
un cambio en la variable de salida del sistema.
 Constante de tiempo: Es una medida de la velocidad de
del sistema. Representa el tiempo necesario para que la variable
de salida alcance aproximadamente el 63.2% de su valor final
después de un cambio en la variable de entrada. La constante de
tiempo está relacionada con las propiedades de almacenamiento
y liberación de energía o materia en el proceso.

16.  Ganancia: Es la relación entre el cambio en la variable de salida y
el cambio correspondiente en la variable de entrada. La ganancia
ganancia puede ser positiva o negativa, y su magnitud indica la
sensibilidad del sistema a los cambios en las condiciones de
operación. Una alta ganancia significa que pequeños cambios en
en la entrada pueden tener un gran efecto en la salida, y
viceversa.
 Factor de amortiguamiento: Se refiere a la capacidad del sistema
para resistir oscilaciones o fluctuaciones no deseadas. Un factor
de amortiguamiento alto indica una respuesta suave y
amortiguada, mientras que un factor de amortiguamiento bajo
puede provocar oscilaciones o incluso inestabilidad en el
sistema.

17.  El análisis de la dinámica de un proceso industrial es fundamental para el
diseño de estrategias de control adecuadas.
 El control de procesos busca estabilizar y regular la salida del sistema,
minimizando las variaciones y manteniendo las variables dentro de rangos
predefinidos.

18. Ejemplo Sistema Dinámico
Un termómetro.

19.  DINÁMICA DE UN TERMÓMETRO.

20. Conceptos básicos sobre dinámica de un proceso
industrial
 Variable de proceso: Es la magnitud física o química que se mide o
controla en un proceso industrial. Puede ser la temperatura, presión,
caudal, nivel, concentración, entre otras.
 Modelo de proceso: Es una representación matemática o conceptual que
describe las relaciones entre las variables de entrada y salida de un
sistema. El modelo puede ser lineal o no lineal y se utiliza para analizar y
predecir el comportamiento del proceso.

21.  Respuesta transitoria: Es el comportamiento del sistema desde el
momento en que se aplica un cambio en la variable de entrada hasta que
se estabiliza en un nuevo estado de equilibrio. La respuesta transitoria se
caracteriza por parámetros como el tiempo de subida, el tiempo de
establecimiento y el sobrepico.
 Estabilidad: Es la propiedad del sistema de mantenerse en un estado de
equilibrio o comportamiento deseado a pesar de perturbaciones o
cambios en las condiciones de operación. Un sistema estable no presenta
oscilaciones ni divergencia en su respuesta.

22. Análisis de Frecuencia de un Proceso
Industrial
 El análisis de frecuencia en un proceso industrial se refiere al estudio de las
características de respuesta del sistema en función de la frecuencia de las
señales de entrada y salida.
 Este análisis permite comprender cómo el sistema responde a diferentes
frecuencias y cómo se ven afectadas las amplitudes y las fases de las
señales.

23. Diagrama de BODE
 Es una técnica de análisis de sistemas y procesos muy importante.
 Una buena interpretación del diagrama de bode, podemos entender el
comportamiento y funcionamiento de un proceso físico real en varias
zonas de operación.
 Con el diagrama de bode podemos saber la estabilidad del sistema,
podemos crear controladores dentro de las zonas de interés del proceso.
 El diagrama de bode sirve para entender en que regiones debemos operar
el proceso y nos muestra en que otras regiones debemos trabajar para
evitar dinámicas no deseadas.

24.  Las dos gráficas del diagrama de
bode corresponderán a la gráfica de
la magnitud y a la gráfica de la fase.
 Por lo tanto la interpretación del
diagrama de bode físicamente nos
va a decir cual es la amplitud de la
señal aplicada al sistema y su
desfase.

26. Muchas gracias por su atención.