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   CONTROL I INSTRUMENTACIÓ EN PROCESSOS QUÍMICS    Any acadèmic       Versió PDF.  Versió PDF per a convalidació.
Codi7415Descripció
Crdts. Teor.4,5ELEMENTS DEL CIRCUIT DE CONTROL. CONTROL OBERT I TANCAT.
Crdts. Pract.1,5
A efectes d'intercanvis en programes de mobilitat, la càrrega d'aquesta assignatura equival a 7,5 ECTS.


Departamentos y Áreas
DepartamentsÀreaCrdts. Teor.Crdts. Pract.Dpto. Respon.Respon. Acta
FÍSICA, ENGINYERIA DE SISTEMES I TEORIA DEL SENYALENGINYERIA DE SISTEMES I AUTOMÀTICA4,51,5


Estudis en què s'imparteix
Enginyeria Química - pla 1999


Prerequisitos
AMPLIACIÓ DE MATEMÀTIQUES PER A L'ENGINYERIA
TÈCNIQUES DE CÀLCUL EN ENGINYERIA QUÍMICA
FONAMENTS D'OPERACIONS DE SEPARACIÓ
FONAMENTS MATEMÀTICS DE L'ENGINYERIA
OPERACIONS DE SEPARACIÓ
REACTORS QUÍMICS


Incompatibilitats de matricula per continguts equivalents
Aquesta assignatura és incompatible, per tenir continguts equivalents, amb les següents assignatures:
CodiAssignatura
3059CONTROL I INSTRUM. EN PROCESSOS QUÍMICS
7408INSTRUMENTACIÓ DE PROCESSOS QUÍMICS


Matriculats (2016-17)
Grup (*)Nombre
1 4
TOTAL 4
(*) 1: GRUPO 1 - CAS


Oferida com a lliure elecció (2016-17)
Sense departament
Consulta Gràfica d'Horari
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Horari (2016-17)
Sense horari


Grups de matricula (2016-17)
Grup (*)QuadrimestreTornIdiomaDistribució (lletra nif)
1 1er. M CAS des de - fins a -
(*) 1: GRUPO 1 - CAS


Objectius de l'assignatura / competències (2016-17)
1. Identificar las variables de un proceso distinguiendo entre variables controladas, manipuladas y de perturbación.
2. Linealizar modelos de sistemas no lineales para obtener la función transferencia.
3. Estudiar la estabilidad de un sistema a partir de su función transferencia.
4. Comprender la influencia de los retardos en la dinámica del sistema de control.
5. Calcular la respuesta de un sistema con reguladores PID.
6. Diferenciar entre sistemas monovariables y multivariables.
7. Diseñar reguladores PID con el diagrama de Bode.
8. Diseñar reguladores para distintas configuraciones de control.
9. Saber especificar válvulas de control para distintas configuraciones del sistema de control.


Continguts teòrics i pràctics (2016-17)
Programa de teoría

Tema 1. Conceptos Básicos del Control de Procesos Químicos.

1.1. Introducción. Concepto de sistema dinámico. Realimentación
1.2. Beneficios que se consiguen con el control de un proceso químico.
1.3. Clasificación de las variables en un proceso químico.
1.4. Elementos a considerar en el diseño de un sistema de control.
1.4.1. Modelar el proceso (ecuaciones de balances de materia y energía)
1.4.2. Especificación de los objetivos de control.
1.4.3. Selección de las variables de medida adecuadas.
1.4.4. Selección de las variables manipuladas.
1.4.5. Selección de la configuración de control.
1.4.6. Diseño del controlador.
1.4.7. Verificar que el sistema funciona en la forma deseada.
1.5. El controlador PID. Ejemplo de control de temperatura de un tanque.
1.6. Consideraciones generales para el sistema de control de una planta completa.
1.7. Instrumentos para medida y control de un proceso químico.
1.8. Coste del equipo de control en una planta de proceso.


Tema 2.- Bases Matemáticas del Control de Procesos Químicos

2.1. Modelos de procesos químicos
2.1.1. Modelos definidos por ecuaciones diferenciales ordinarias
2.1.2. Modelos definidos por ecuaciones en derivadas parciales.
2.2. La transformada de Laplace.
2.2.1. Funciones complejas de variable compleja.
2.2.2. Polos y ceros de funciones racionales de variable compleja.
2.2.3. Definición de la transformada de Laplace.
2.2.4. Propiedades de la transformada de Laplace.
2.2.5. Transformada inversa de Laplace.
2.2.6. Uso de tablas de transformadas.
2.3. Linealización de ecuaciones no lineales.
2.4. Solución de sistemas de ecuaciones diferenciales con la transformada de Laplace.
2.5. El empleo de paquetes CAD.
2.5.1. Introducción al CC.
2.5.2. Introducción al Matlab.
2.6. Concepto de función transferencia de un sistema dinámico
2.6.1. Ejemplos de funciones transferencia de sistemas físicos.
2.6.2. Efecto del retardo en los procesos químicos. Aproximaciones de Padé.
2.7. Representación externa e interna. Concepto de espacio de estados.
2.7.1. Paso de función transferencia a espacio de estados.
2.7.2. Paso de espacio de estados a función transferencia
2.7.3. Espacio de estados y matriz transferencia de un reactor RCTA.


Tema 3.- Sistemas de Primer y Segundo Orden. Sistemas de Orden Elevado. Álgebra de Bloques.

3.1. Sistemas de primer orden. Modelos de sistemas físicos y su función transferencia.
3.2. Respuesta de sistemas de primer orden a entradas impulsivas.
3.2.1. Concepto de constante de tiempo.
3.2.2. Determinación experimental de la constante de tiempo.
3.3. Respuesta de sistemas de primer orden a entradas en escalón.
3.3.1. Determinación de la constante de tiempo a partir de la respuesta en escalón.
3.3.2. Determinación del retardo a partir de la respuesta en escalón.
3.4. Sistemas de segundo orden. Modelos de sistemas físicos y su función transferencia.
3.5. Función transferencia generalizada para sistemas de segundo orden.
3.5.1. Coeficiente de amortiguamiento.
3.5.2. Frecuencia natural no amortiguada.
3.6. Respuesta de sistemas de segundo orden a entradas impulsivas.
3.7. Respuesta de sistemas de segundo orden a entradas en escalón.
3.7.1. Concepto de sobreoscilación.
3.7.2. Concepto de tiempo de subida.
3.7.3. Concepto de tiempo de pico.
3.7.4. Concepto de tiempo de establecimiento.
3.7.5. Fórmulas de cálculo para los parámetros definidos anteriormente..
3.8. Sistemas de orden elevado.
3.8.1. Concepto de polos dominantes.
3.8.2. Aproximación de sistemas de orden elevado por sistemas de primer orden.
3.8.3. Aproximación de sistemas de orden elevado por sistemas de segundo orden.
3.8.4. Aproximaciones de Padé y sistemas de orden elevado.
3.9. Álgebra de bloques.
3.9.1. Bloques en serie y en paralelo.
3.9.2. Realimentación de señales.
3.9.3. Puntos de suma y derivación.
3.9.4. Simplificación de estructuras con bucles múltiples.
3.10. Estructura de un sistema de control de procesos realimentado.
3.10.1. Función transferencia del proceso.
3.10.2. Función transferencia de perturbaciones.
3.10.3. Función transferencia del regulador.
3.10.4. Función transferencia del elemento final de control.
3.10.5. Función transferencia del dispositivo medidor.


Tema 4.- Estabilidad de Sistemas Dinámicos. Acciones Básicas de Control. Reguladores P, PD, PI, PID. Errores en régimen permanente.

4.1. Realimentación de sistemas dinámicos.
4.2. Concepto de ecuación característica.
4.3. Criterio de estabilidad de Routh.
4.4. Acciones básicas de control en el dominio temporal.
4.4.1. Control proporcional.
4.4.2. Control proporcional y derivado.
4.4.3. Control proporcional más integral.
4.4.4. Control proporcional derivado e integral..
4.5. Tipos de sistemas. Errores en régimen permanente.
4.5.1. Definición de tipos de sistemas.
4.5.2. Constante de error de posición, velocidad y aceleración.


Tema 5.- Respuesta en Frecuencia. Diagramas de Bode.

5.1. Concepto de respuesta en frecuencia de un sistema dinámico.
5.2. Propiedad fundamental de la función transferencia ante entradas senoidales.
5.3. Relación entre la respuesta temporal y frecuencial para sistemas de segundo orden.
5.4. Concepto de diagrama polar.
5.5. Diagramas de Bode. Representaciones asintóticas.
5.5.1. De funciones transferencia cualesquiera.
5.5.2. Funciones transferencia con retardo.
5.5.3. Utilización de paquetes CAD para determinar el diagrama de Bode.
5.6. Estabilidad en el diagrama de Bode.
5.6.1. Margen de fase en el diagrama de Bode.
5.6.2. Margen de ganancia en el diagrama de Bode.
5.6.3. Relación entre el diagrama de Bode y los trazados polares.
5.7. Relación entre la respuesta temporal frecuencial y temporal.
5.7.1. Ancho de banda y pico de resonancia.
5.7.2. Transitorio en lazo cerrado y respuesta en frecuencia en lazo abierto.
5.8. Identificación de la función transferencia a partir del diagrama de Bode.


Tema 6.- Diseño de Reguladores a través de la Respuesta en Frecuencia. Ajuste Empírico de Reguladores

6.1. Ejemplo introductorio. Imposibilidad de compensar variando solo la ganancia.
6.2. Compensación por cancelación polo cero.
6.3. Características que debe dar un regulador en un sistema de control realimentado.
6.4. Especificaciones de la respuesta en lazo cerrado. Imposibilidad del control perfecto.
6.5. Diseño de redes compensadoras con la respuesta en frecuencia.
6.5.1. Diseño de una red de avance de fase.
6.5.2. Diseño de una red de retardo de fase.
6.5.3. Diseño de una red de avance - retardo.
6.5.4. Determinación de la señal de control.
6.7. Relación entre redes compensadoras y el regulador PID.
6.8. Ajuste empírico de reguladores PID.
6.8.1. Ajuste de reguladores basado en la estabilidad. Método de Ziegler - Nichols en lazo cerrado.
6.8.2. Utilización del diagrama de Bode con las reglas de Ziegler - Nichols.
6.8.3. Ajuste de reguladores basado en la curva de reacción. Método de Ziegler - Nichols en lazo abierto.
6.8.4.Reglas de ajuste de Cohen - Coon. Curvas de reacción.


Tema 7.- Control de Procesos con Dinámica Inversa. Control en Cascada. Control de Procesos con Lazos Múltiples

7.1. Dinámica de sistemas con respuesta inversa.
7.2. Análisis de la dinámica inversa para distintos sistemas.
7.3. Diseño del compensador de respuesta inversa.
7.4. Análisis de sistemas con respuesta inversa y retardos utilizando paquetes CAD.
7.5. Introducción a los sistemas de control de lazos múltiples.
7.5.1. Varias variables medidas y una manipulada.
7.5.2. Una variable medida y varias manipuladas.
7.6. Ventajas del control en cascada. Ejemplo introductorio.
7.6.1. Control de temperatura convencional con realimentación para un reactor continuo perfectamente agitado RTCA.
7.6.2. Control de temperatura en cascada para un reactor continuo perfectamente agitado RTCA.
7.7. Ejemplos de aplicación del control en cascada. Diagramas de instrumentos
7.8. Diagramas de bloques del sistema de control en cascada.
7.8.1. Lazo primario con regulador convencional P, PI, PID.
7.8.2. Lazo secundario con control P.
7.9. Control selectivo. Ejemplos de aplicación.
7.9.1. Control de intercambio o protección
7.9.2. Control selectivo de variable manipulada


Tema 8.- Control por Prealimentación

8.1. Concepto de control prealimentado.
8.2. Ejemplos de aplicación de control prealimentado.
8.3. Diferencias y analogías entre el control prealimentado y realimentado.
8.4. Introducción al diseño del controlador prealimentado.
8.4.1. Diseño preliminar sin incorporar la dinámica del proceso.
8.4.2. Diseño incorporando la dinámica del proceso.
8.5. Estructura de bloques de un control prealimentado.
8.5.1. Condiciones de diseño del controlador
8.5.2. Determinación de la señal de salida.
8.5.3. Determinación de la función transferencia del controlador.
8.6. Análisis de la realizabilidad del controlador prealimentado.
8.7. Estructura general de bloques de un proceso con control realimentado y prealimentado.
8.8. Control por prealimentación de un reactor RTCA a partir de las ecuaciones no lineales del sistema.
8.8.1. Objetivos del control.
8.8.2. Cálculo del caudal de entrada para los objetivos de control fijados.
8.8.3. Cálculo del caudal de refrigeración para los objetivos de control fijados.


Tema 9.- Control Multivariable.

9.1. Representación de un sistema dinámico en términos de variables de estado.
9.2. Relación entre variables de estado y matriz transferencia.
9.4. Diagramas de bloques para sistemas multivariables.
9.4.1. Concepto de interacción.
9.4.2. Inconvenientes de la interacción de bucles.
9.4.3. Reguladores de no interacción.
9.5. Análisis de sistemas lineales y no lineales de control multivariables.
9.5.1. Concepto de controlabilidad.
9.5.2. Control de un tanque con varias entradas y salidas perfectamente agitado.
9.6. Características del diseño de sistemas de control multivariables.
9.7. Estabilidad de sistemas multivariables.



Tema 10.- La válvula de control como elemento final de control.

10.1. Ideal general de la instrumentación de procesos químicos.
10.2. Válvulas de control
10.3. Características inherentes.
10.3.1. Válvulas lineales, isoporcentuales, parabólicas, hiperbólicas y de apertura rápida.
10.3.2. Concepto de "Rangeability".
10.3.2. Ecuación de una válvula isoporcentual en función de la rangeability.
10.4. Características instaladas para caídas de presión total constante.
10.4.1. Coeficiente de gasto de la válvula.
10.4.2. Variación del coeficiente de gasto de una válvula instalada
10.4.3. Coeficiente de gasto de la línea.
10.4.4. Coeficiente de gasto equivalente.
10.4.5. Cálculo del caudal instalado en función del porcentaje de pérdida de presión total o coeficiente "r".
10.5. Variación de la ganancia para una válvula de característica inherente lineal e isoporcentual
10.6. Cálculo de las características instaladas para caídas de presión total constante.
10.6. Tipos de válvulas de control en función de las características del flujo.
10.7. Dimensionamiento de las válvulas de control.
10.8. Influencia de la válvula en el bucle de control.


Programa de prácticas (10 sesiones)


Sesión 1. Modelado de las ecuaciones de un reactor RCTA en el que se da una reacción exotérmica de primer orden. Curvas de calor generado y eliminado. Análisis de la estabilidad de los estados estacionarios.

Sesión 2. Modelado de las ecuaciones del reactor RCTA más las ecuaciones de control. Análisis de los estados estacionarios. Simulación del sistema no lineal con reguladores PI.

Sesión 3. Linealización del modelo no lineal en el punto de consigna. Comparación del modelo lineal y no lineal con reguladores PI.

Sesión 4. Estudio del comportamiento auto-oscilante del reactor. Estudio de la presencia de ciclos límites.

Sesión 5. Simulación de sistemas de control con CC. Transformadas de Laplace, funciones transferencia, álgebra de bloques, Análisis de estabilidad y criterio de Routh.

Sesión 6. Simulación de sistemas dinámicos con Matlab. Estructuras serie-paralelo y con realimentación. Diagramas de Bode y diseño de reguladores PID con Matlab y/o CC.

Sesión 7. Diseño del sistema de control de sistemas con grandes retardos con el diagrama de Bode y las reglas de Ziegler_NIchols y Cohen-Coom.

Sesión 8. Diseño de los reguladores PI para el reactor RCTA con los métodos de respuesta en frecuencia. Control de sistemas con dinámica inversa y control en cascada.

Sesión 9. Diseño del control prealimentado para el reactor RCTA. A través del modelo no lineal del proceso.

Sesión 10. Análisis del layout del reactor. Especificación de tuberías, instrumentos, bombas centrífugas y características inherentes de válvulas de control.


Enllaç al programa
Professor/a responsable
PEREZ POLO , MANUEL


Metodologia docent (2016-17)
No especificat


Tipus d'activitats: teòriques i pràctiques
No especificat


Professorat (2016-17)
Grup Professor
TEORIA DE 74151PEREZ POLO, MANUEL
PRÁCTICAS CON ORDENADOR DE 30591GIL CHICA, FRANCISCO JAVIER
PEREZ POLO, MANUEL
2GIL CHICA, FRANCISCO JAVIER
PEREZ POLO, MANUEL
Enllaços relacionats
http://American Chemical Society (ACS)
http://American Institute of Chemical Engineers (AIChE)
http://www.csc.umist.ac.uk/
http://www.ifac-control.org/
http://www.isa.org/


Bibliografia

Principles and practice of automatic process control
Autors:Carlos A. Smith, Armando B. Corripio
Edició:New York [etc.] : John Wiley & Sons, 1997.
ISBN:0-471-57588-7 (tela)
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ]

Process control : designing processes and control systems for dynamic performance
Autors:Thomas E. Marlin
Edició:Boston [etc.] : McGraw-Hill, 2000.
ISBN:0-07-039362-1
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ]

Process control : modeling, design, and simulation
Autors:B. Wayne Bequette
Edició:Upper Saddle River.
ISBN:0-13-353640-8
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ]

Process dynamics : modelling analysis and simulation
Autors:BEQUETTE, Wayne B. (1957-)
Edició:Upper Saddle River : Prentice Hall PTR, 2002.
ISBN:0-13-206889-3
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL (*1)
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ]

Process/industrial instruments and controls handbook
Autors:McMILLAN, Gregory K. ; CONSODINE, Douglas M.
Edició:New York : McGraw Hill, 1999.
ISBN:0-07-012582-1
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL (*1)
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ]

Proyectos GIS con AutoCAD 2002 : Autodesk Map
Autors:F. Javier Moldes Teo
Edició:Madrid : Anaya Multimedia, D.L. 2002.
ISBN:84-415-1339-2
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ]

Selected topics in dynamics and control of chemical and biological processes
Autors:MENDEZ-ACOSTA, Hugo Oscar; FEMAT, Ricardo; GONZÁLEZ-ÁLVAREZ, Victor (eds.)
Edició:Berlin : Springer, 2007.
ISBN:978-3-540-73187-0 (rúst.)
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL (*1)
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ]

Sistemas de control moderno
Autors:Dorf, Richard C. ; Bishop, Robert H.
Edició:Madrid : Pearson Prentice-Hall, 2005.
ISBN:84-205-4401-9
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ]

Teledetección ambiental: la observación de la Tierra desde el espacio
Autors:CHUVIECO SALINERO, Emilio
Edició:Barcelona : Ariel, 2008.
ISBN:978-84-344-8077-3
Recomanat per: PEREZ POLO, MANUEL
[ Accés al catàleg de la biblioteca universitària ] [ Accés a les edicions anteriors ]
(*1) Aquest professor ha recomanat el recurs bibliogràfic a tot l'alumnat de l'assignatura.
Dates d'exàmens oficials (2016-17)
ConvocatòriaGrup (*)DataHora d’iniciHora d’fiAules assignadesObservacions:
Període ordinari per a assignatures de primer semestrre -1 27/01/2017 -
Proves extraordinàries de assignatures de grau i màster -1 05/07/2017 -
(*) 1: GRUPO 1 - CAS


Instruments i criteris d'avaluació (2016-17)
No especificat