Control and Instrumentation of Chemical Processes

Control e Instrumentación de Procesos Químicos

 

PROFESORES

Dr. Manuel Andrés Rodrigo

 

OBJETIVOS

La mayor parte de las asignaturas que el alumno del título de Ingeniero Químico ha cursado hasta este momento tienen por objetivo la descripción de los equipos que se utilizan en la industria química y de los modelos mediante los que se diseñan, de modo que el alumno que llega a Control e Instrumentación de Procesos Químicos tiene que tener desarrolladas competencias que le permitan diseñar equipos, comprender su funcionamiento, y comparar entre distintos equipos que se utilizan para realizar una misma tarea. El alumno tiene claro que los procesos químicos son diseñados para operar en unas condiciones determinadas y gracias a los modelos aprendidos puede analizar que ocurrirá en estado estacionario ante cualquier perturbación del sistema. Sin embargo no conoce como va a evolucionar un equipo en régimen dinámico de funcionamiento cuando alguna de las variables de las que depende su funcionamiento sufre un cambio y, casualmente, este tipo de evolución es la que más interesa al ingeniero químico que trabaja en planta. Tampoco conoce que mantener estas condiciones en la realidad requiere del uso de una instrumentación y de unos algoritmos que el ingeniero debe conocer y saber aplicar.

En esta asignatura se pretende conseguir que los alumnos adquieran competencias en el campo de la instrumentación de procesos químicos y en el diseño de sistemas de control. Para ello se plantean los siguientes objetivos

• Aprender a analizar procesos en régimen de funcionamiento dinámico, prestando especial atención al estudio de la estabilidad de lazos control por retroalimentación
• Describir la instrumentación típica utilizada en plantas químicas, desde la instrumentación básica necesaria para el control local de un proceso hasta la arquitectura de los sistemas de control distribuido.
• Aprender a sintonizar controladores PID
• Aprender conceptos mínimos sobre controladores PLC

 

TEMARIO

 

Unidad I. INTRODUCCIÓN AL CONTROL, INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS

Tema I.1. INTRODUCCIÓN AL CONTROL DE PROCESOS. 

Tema I.2. INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS.

Unidad II. INSTRUMENTACIÓN ANALÓGICA Y DIGITAL

Tema II.1. ELEMENTOS PARA LA MEDIDA DE LA PRESIÓN, EL NIVEL Y EL CAUDAL. 

Tema II.2. ELEMENTOS PARA LA MEDIDA DE LA TEMPERATURA, LA COMPOSICIÓN Y OTROS PARÁMETROS. 

Tema II.3. CONTROLADORES. 

Tema II.4 ELEMENTOS FINALES DE CONTROL.

 

Unidad III. DINÁMICA DE PROCESOS

Tema III.1. ELEMENTOS MATEMÁTICOS EN DINÁMICA DE PROCESOS.

 Tema III.2. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DINÁMICO. COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE SISTEMAS DE PRIMER ORDEN.

 Tema III.3 COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE SISTEMAS COMPLEJOS

 

Unidad IV. CONTROL LOCAL DE PROCESOS

Tema IV.1. ANÁLISIS DINÁMICO DE SISTEMAS CONTINUOS DE REALIMENTACIÓN.

 Tema IV.2. SINTONIZACIÓN DE CONTROLADORES ANALÓGICOS.

 Tema IV.3. INTRODUCCIÓN AL CONTROL SECUENCIAL DE PROCESOS

 

Unidad V. CONTROL AVANZADO. CONTROL DE UNIDADES FUNCIONALES Y DE PLANTAS

Tema V.1. CONTROL CON VARIABLES AUXILIARES. 

Tema V.2. CONTROL CLÁSICO DE PROCESOS MULTIVARIABLES. 

Tema V.3. CONTROL DIGITAL DE UNIDADES FUNCIONALES Y PLANTAS 

Tema V.4. CASOS PRÁCTICOS.

 

 

METODOLOGÍA DOCENTE

 

 

• Lección magistral participativa. Se provee a alumno de material didáctico necesario para seguir la asignatura en forma de presentaciones MS Powerpoint. Siguiendo el hilo conductor de este material en las clases magistrales se plantean ejemplos que permiten comprender los conceptos impartidos (discusiones en grupo, problemas de pizarra, simulaciones por ordenador).
• Seminario I: Dinámica. Se realiza en aula de clase y durante su realización el alumno debe poner en práctica los conocimientos transmitidos en la Unidad II del temario, mediante mediante la resolución en pizarra de un problema tipo realizado por el profesor y la discusión de problemas realizados por grupos de alumnos.
• Seminario II: Estabilidad de lazos de retroalimentación y Sintonización de controladores PID. Se realiza en el aula de clase y en el mismo el alumno fija los conocimiento impartidos en la unidad 3 mediante la resolución en pizarra de un problema tipo realizado por el profesor y la discusión de problemas realizados por grupos de alumnos.

 

ACTIVIDADES PREVISTAS

 

No procede

 

EVALUACIÓN

Para los alumnos que realicen los seminarios 

1. examen final con cuestiones teóricas y prácticas sobre los contenidos impartidos en la asignatura (50% de la nota) 

2. control con problema sobre seminario I (25% de la nota) 

3. control con problema sobre seminario II (25% de la nota)

 

Para los alumnos que no realicen los seminarios

Examen final con cuestiones teóricas y práctica sobre los contenidos impartidos en la asignatura y dos problemas.

BIBLIOGRAFÍA

 

De uso general:

 

P. OLLERO DE CASTRO, E. FERNÁNDEZ CAMACHO. Control e Instrumentación de Procesos Químicos, Síntesis, Madrid (1997)

G. STEPHANOPOULOS. Chemical Process Control. An Introduction to Theory and Practice, Prentice-Hall, New Jersey (1984)

B.A. OGUNNAIKE, W.H. RAY. Process Dynamics Modelling and Control, Oxford University Press, Oxford (1994)

 

Para profundizar:

 

[1] K.J. ASTROM, B. WITTENMARK. Adaptative Control. 2nd ed., Addison-Wesley Publishing Company, Inc., Reading (1995) 

[2] K.J. ASTROM, B. WITTENMARK. Computer-controlled Systems: Theory and Practice 3rd ed., Prentice Hall, Upper Saddle River (1997) 

[3] B.W. BEQUETTE. Process Dynamics. Modelling, Analysis and Simulation, Prentice Hall PTR., New Jersey (1998)

 [4] R.H. BISHOP. Modern Control Systems. Analisys and Design using Matlab, Addison-Wesley Publishing Company, Reading (1993) 

[5] J.G. BOLLINGER, N.A. DUFFIE. Computer Control of Machines and Processes, Addison-Wesley, Reading (1989) 

[6] W. BOLTON. Control Engineering, Longman Scientific & Technical, London (1992) 

[7] C. CAMINA. Sistemas Continuos de Control, SPUPV, Valencia (1994)

[8] F.J. CEMBRANOS. Sistemas de Control Secuencial, Paraninfo, Madrid (1998)

 [9] D.M. CONSIDINE, G.D. CONSIDINE.Process Instruments and Control Handbook, Mc Graw-Hill, New York (1985)

 [10] J.M. COULSON, J.F. RICHARDSON. Chemical Engineering. Chem. & Biochem. Reac. Process Control, Pergamon, New York (1994) 

[11] A. CREUS SOLE. Simulación y Control de Procesos por Ordenador, Marcombo, Barcelona (1987)

[12] A. CREUS SOLE. Control de Procesos Industriales: Criterios de Implantación, Marcombo, Barcelona (1988) 

[13] A. CREUS SOLE. Simulación de Procesos con PC, Marcombo, Barcelona (1989)

[14] A. CREUS SOLE. Instrumentos Industriales: su ajuste y calibración. 2ª ed., Marcombo, Barcelona (1990) 

[15] A. CREUS SOLE. Instrumentación Industrial. 5ª ed, Marcombo Boixareu, Barcelona (1993)

[16] J.J. DISTEFANO III, A. R. STUBBERUD , I.J. WILLIAMS. Retroalimentación y Sistemas de Control 2ª ed., Mc Graw-Hill, Madrid (1992) 

[17] R. FERREIRO. Nociones sobre Aplicación de PLCs al Control de Procesos Industriales, SPUC, La Coruña (1995) 

[18] G.F. FRANKLIN. Control de Sistemas Dinámicos con Retroalimentación. Addison-Wesley Iberoamericana, Argentina (1991) 

[19] J.A. HASLAM, G.R. SUMMERS, D. WILLIAMS. Engineering Instrumentation and Control, Arnold, London (1981) 

[20] IFAC. Advanced Control of Chemical Processes, Pergamon, Oxford (1994) 

[21] A. ISIDORI. Nonlinear Control Systems, Springer, Berlín (1995) 

[22] C.D. JOHNSON. Process Control Instrumentation Technology. 5th ed., Prentice-Hall International, Inc., New Jersey (1997) 

[23] B.J. KUO. Sistemas de Control Digital.1ª edición en español. CECSA, México (1997) 

[24] W.L. LUYBEN. Process Modelling, Simulation, and Control for Chemical Engineers. 2nd ed., Mc Graw - Hill, New York (1990) 

[25] W.L LUYBEN, B.D. TYREUS, M.L. LUYBEN. Plantwide Process Control, McGraw-Hill, New York (1999) 

[26] J.M. MACIEJWSKI. Multivariable Feedback Design, Addison Wesley, New York (1995) 

[27] V.A. MARTÍNEZ. Automatizar con Autómatas Programables, RA-MA, Madrid (1991) 

[28] K.S. NARENDRA, A.M. ANNASWAMY. Stable Adaptive Systems, Prentice-Hall International Inc., London (1989)

[29] J. NÓ, J.M. ANGULO. Control de Procesos Industriales por Computador, Paraninfo, Madrid (1987) 

[30] K. OGATA. Designing Linear Control Systems with Matlab, Prentice - Hall D.L., New Jersey (1994)

[31] K. OGATA. Dinámica de sistemas, Prentice - Hall Hispanoamericana, México (1987)

[32] K. OGATA. Discrete-time Control Systems, Prentice - Hall D.L., New Jersey (1995) 

[33] K. OGATA. Ingeniería de Control Moderna. 3ª ed. Prentice - Hall Hispanoamericana, México (1998) 

[34] K. OGATA. Problemas de Ingeniería de Control utilizando Matlab. Prentice - Hall, Madrid (1998) 

[35] R.H. PERRY, D.W. GREEN, J.O. MALONEY. Manual del Ingeniero Químico. 6ª edición, Mc Graw-Hill interamericana, México (1998)

[36] C.L.PHILLIPS, H.T. NAGLE. Sistemas de Control Digital. Análisis y Diseño. 2ªed., Barcelona (1993) 

[37] M. POLKE. Process Control Engineering, VCH, Weinheim (1994)

[38] J.B. RAWLINGS. Dynamics and Control of chemical reactors, distillation columns and batch processes, Pergamon, Oxford (1995) 

[39] J. SALT, E. CASADO, M.MARTÍNEZ. Prácticas de Sistemas de Tiempo Real y de Control de Procesos, SPUPV, Valencia (1988) 

[40] D.E. SEBORG, T.F. EDGAR, D. MELLICHAMP. Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons, New York (1989) 

[41] F.G. SHINSKEY. Sistemas de Control de Procesos: Aplicación, Diseño y Sintonización, Mc Graw-Hill, México (1996) [42] C.A. SMITH, A.B. CORRIPIO. Control Automático de Procesos. Teoría y Práctica, Limusa, México (1991)

 

MATERIAL EXTRA

Relación de Problemas

Fichero de mathcad para aprendizaje de dinámica de procesos

Modelo Prueba Dinámica

Modelo Prueba Control Regulatorio

Modelo de examen final

 

WEBS DE INTERÉS

www.isa.org

www.cheresources.com

www.plcs.net/contents.shtml

 

 

 

Modificado: 06/02/2006 9:19:51