CONT ROL AUT OMÁT ICO DE PROCES OS

I ng. Qco. ROBERT O A. MAT I AS I CH – Profesor T itular

Avda 60 es q124 – T el / Fax (0221) 421 – 7578 / 482 -4855

CAR R E R A Ing. Química

AS I GNAT U R A

Cont r ol Aut omát ico de P r oces os

DI S EÑO CURRI CULAR: 1995 ORDENANZ A C.S UP` . Nº 768 DEPART AMENT O Química APROBACI ÓN C A RES Nº De la CURRI CULA ELECT I VA ANUAL 1er . CUAT RI MES T RE X 2do. CUAT RI MES T RE NI VEL..... . . . .. . .5 .... . . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . . .. T OT AL DE HORAS .....128...... . . . . HORAS .S EMANALES ....8 .... . .

OB S E R VACI ONE S S e dicta en forma anual: pr imer cuatr imes tre, 6 horas semanales ; segundo cuatr imes tre, 2 horas semanales .

P R OGR AMA S I NT É T I CO Contenidos mínimos: Lazos de control. Componentes tecnológicos, Interfase hombre- proceso. Dinámica de procesos. Teoría del control. Estabilidad. criterios de ajuste y performance. Esquemas de control de equipos y procesos industriales. criterios de diseño de lazos de control y operabilidad en plantas de proceso

OBJET I VOS DE LA AS I GNAT URA Incorporar los principios teóricos y prácticos, los criterios de selección y los de diseño para introducirse en el control automático de procesos en ,plantas industriales.

VI GENCI A desde 1995

E QU I P O DOCE NT E DI RECT OR DE CÁT EDRA R.A. Matiasich (Prof. Titular Ordinario DS) NÚMERO DE DI VI S I ONES 1 PROFES OR A CARGO DE CADA DI VI S I ÓN R.A. Matiasich (Prof. Titular Ordinario DS) C. A. Lago (J. T Prácticos DS) O. Alves (Ayudante DS)

AR T I CU L ACI ÓN CON OT R AS AS I GNAT U R AS AS I GNAT URAS O CONOCI MI ENT OS CON QUE S E VI NCULA # 4 (pr imer nivel) # 10 # B(segundo nivel ) # 18 # C (3er nivel ) # 21 # 22 (4to nivel) CORRELAT I VAS PARA CURS AR CURS ADAS .# .21 - 22. (de la ord. 768).... . . . ..APROBADAS . # 14 (de la ord. 768) CORRELAT I VAS PARA RENDI R EXAMEN FI NAL APROBADAS # 21 – 22 (de la ord. 768)

P R OGR AMA ANAL Í T I CO

B I B L I OGR AF Í A GE NE R AL OBLI GAT ORI A Apuntes redactados por los integrantes de la cátedra y copias de ar tículos de interés . COMPLEMENT ARI A 1- C.A. S mith A.B. Cor r ipio “Control Automático de Procesos “ Nor iega Limusa 1era 1991 Mej ico 2- A. Creus “I ns trumentación I ndus tr ial” Marcombo 3ra 1988 España 3 - D.E. S eborg T .F.Edgar D.A. Mellichamp “Process Dynamic and Control” Wiley 1ra 1989 US A 4 -G. S ephanopoulos “Chemical Process Control” Prentice Hall 10a 1984 NJ US A T .E. Mar lin “Process Control” McGraw Hill 1a 1995 US A 5 – S . S k lanny C. Beherends “S is temas Digitales de Control de Procesos” Ed. Control 1a 1994 Arg.

DE S AR R OL L O UNIDAD TEMÁTICA 1 Introducción al Control Automático CONTENIDOS Reseña his tór ica. Regulador de Watt. Controladores y servomecanismos . Concepto de Realimentación de la I nformación. S is temas en Lazo Abier to y en Lazo Cer rado. Objetivos de Control S imbología: Es tudio de la norma cor respondiente Documentación en Control. Álgebra de Diagramas en B loque. Ejemplos y E jercicios de los T eoremas de T rans formación y Reducción. TIEMPO ASIGNADO 12h OBJETIVOS DE LA UT El propósito de la unidad es demostrar la necesidad del Control Automático y los medios para lograrlo, motivando el interés a través de un recorrido por los más relevante hitos en la historia de las aplicaciones. Pasando posteriormente a revisar los conceptos básicos y las herramientas de que se vale el ingeniero de control para presentar y documentar el producto de su trabajo. MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Apuntes de cátedra “ Documentación en Control de Procesos “ Cap 1 y apénd. A de Ref B ibliogr . # 1

1-3.3 de Ref B ibliogr . # 2 Mater ial Audiovisual : S e uti lizan transparencias para visualizar la documentación de un proyecto de control - S imbología, I dentificación funcional de ins trumentos , ejemplos de P&I en papel y proyección de Power Point ( Cap1 del CD) para ilus trar los conceptos fundamentales de realimentación de la información. Para el tema de diagramas en bloques tiza y pizar rón UNIDAD TEMÁTICA 2 Dinámica de Procesos CONTENIDOS T rans formada de Laplace. Repaso general y ejercicios . T ablas de trans formadas . I nver s ión de la trans formada. Respues ta de s is temas de pr imer orden frente a escalón de entrada, frente a una rampa y S inusoide. Definición de función de trans ferencia. S ignificado de la constante de tiempo en s is temas mecánicos , eléctr icos , térmicos , etc. y su impor tancia en los sensores . Anális is de la respues ta temporal de s is temas de pr imer orden en ser ie e interactuantes . S is temas de segundo orden. Respues ta oscilante. Respues tas del s is tema de segundo orden frente a señal escalón, rampa, impulso y per iódicas . S is temas no lineales . L inealización de s is temas de nivel. . TIEMPO ASIGNADO (24 horas ) OBJETIVOS DE LA UT El propósito de la unidad es el de ejercitar al alumno en el manejo de la herramienta matemática que le permita en la obtención de las funciones de transferencia básicas y permitirle reconocer los distintos tipos de respuestas dinámicas, como un primer paso hacia la modelización dinámica de los procesos . MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Apuntes “ T rans formada de Laplace” “Resp de 1er Ord. “ “ 2do Orden y sup” Cap 2 de Ref B ibliogr . # 1 Cap.3 de Ref B ibliogr . # 3 Mater ial Audiovisual : T iza y pizar rón S e utilizan transparencias para visualizar las respuestas teór icas y ejemplos de respues tas típicas y proyección de Power Point ( Cap 2 3 4 y 5 del CD) para ilus trar las respues tas UNIDAD TEMÁTICA 3 Es tabilidad CONTENIDOS Relación entre raíces de la ecuación caracter ís tica de la función de trans ferencia y la respues ta temporal. Definición en es tabilidad-Cr iter ios en es tabilidad, es tabilidad absoluta. Método de Routh. Es tabilidad Relativa.

TIEMPO ASIGNADO (9 horas ). OBJETIVOS DE LA UT Una consecuencia importante derivada de la aplicación de los sistemas de control realimentado, es que pueden llegar a hacer oscilatorio, el proceso al cual se aplican . Las oscilaciones pueden ó no ser aceptables pero la estabilidad del proceso no es negociable. MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Apuntes de clase Cap 6 de Ref B ibliogr . # 1 Cap.9 de Ref B ibliogr . # 2 Mater ial Audiovisual : T iza y pizar rón, proyección de Power Point ( Cap 11del CD) para ilus trar los conceptos UNIDAD TEMÁTICA 4 Acciones de Control CONTENIDOS S is temas de control ON-OFF, Proporcional, integral, flotante, proporcional más der ivativo, P.I ., P.I .D., etc. Respues ta temporal Respues ta temporal del proceso más el controlador . Control de relación. Control en cascada. Avanación, ejemplos de aplicación. TIEMPO ASIGNADO (12 horas ) OBJETIVOS DE LA UT Habiendo cons iderado previamente el comportamiento dinámico de los procesos mas representativos , y los problemas referentes a la es tabilidad, se es tá en pos ición de analizar el comportamiento temporal de los dis tintos tipos de controladores .. MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Apuntes de clase “modos de Control” Cap 5 de Ref B ibliogr . # 1 Cap.8 de Ref B ibliogr . # 3 Mater ial Audiovisual : T iza y pizar rón, proyección de Power Point ( Cap 8 del CD) para ilus trar los conceptos respues tas temporales etc. UNIDAD TEMÁTICA 5 Ajus te de Controladores CONTENIDOS Cr iter ios para el ajus te optimo. Cr iter io de la integral del er ror , del er ror cuadrático, I AE, I T AE, etc.. Ajus te por métodos empír icos . Método de las oscilaciones sos tenidas . Métodos de las oscilaciones amortiguadas . Método de la curva de reacción del proceso.

Procesos con retardo de transpor te. TIEMPO ASIGNADO (9 horas ) OBJETIVOS DE LA UT S e ha cons iderado previamente la forma en que los ajus tes del controlador afectan la es tabil idad de los procesos , por otra par te el s is tema de lazo cer rado será es table para una gama de valores de s intonía quedando por lo tanto un margen aprovechable de mejoras pos ibles , según las caracter ís ticas y objetivos del proceso. S e analizan los diferentes cr iter ios de evaluación de per formance y métodos de s intonía. MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Apuntes de clase “S intonía de Controladores ” Cap 6 – 3 de Ref B ibliogr . # 1 Cap.12 de Ref B ibliogr . # 3 Cap 16 de Ref B ibliogr . # 4 Mater ial Audiovisual : T iza y pizar rón, proyección de Power Point ( Cap 8 del CD) para ilus trar las diver sas respues tas temporales etc. y uti lización del s imulador dinámico T uts im ó S imulink según disponibil idades de PC. UNIDAD TEMÁTICA 6 Ver s ión T ecnológica de Controladores CONTENIDOS Breve reseña de s is temas mecánicos , neumáticos , electrónicos etc de detección y amplificación. Fuentes de alimentación neumática, especificación de consumos y calidad de aire. Fuentes de alimentación eléctr ica, s is temas con respaldo de ba ter ias (UPS ).. TIEMPO ASIGNADO (3 horas ) OBJETIVOS DE LA UT S e ha cons iderado previamente la forma en que los ajus tes del controlador afectan la es tabil idad de los procesos , por otra par te el s is tema de lazo cer rado será es table para una gama de valores de s intonía quedando por lo tanto un margen aprovechable de mejoras pos ibles , según las caracter ís ticas y objetivos del proceso. S e analizan los diferentes cr iter ios de evaluación de per formance y métodos de s intonía. MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Cap 9 de Ref Bibliogr . # 2 Cap 5 de Ref Bibliogr . # 5 Mater ial Audiovisual : T iza y pizar rón - transparencias

UNIDAD TEMÁTICA 7 Microprocesadores Aplicados al Control de Procesos . CONTENIDOS Dis tintas formas de aplicación de la computadora al control. S is temas de adquis ición de datos (Data Logger s ). Control digital directo. Control S upervisor Control Avanzado. Arquitectura de microprocesores I nter fases , conver sores A/D y D/A. S is te mas de entrada- salida digital. S is temas de control dis tr ibuido, dis tintas configuraciones . S oftware de control de procesos . Confiabilidad. Nociones de control lógico. Álgebra de Boole, circuitos secuenciales . TIEMPO ASIGNADO (9 horas ) OBJETIVOS DE LA UT La presente UT tiene un propós ito informativo y se pretende familiar izar al alumno con las diferentes tecnologías en uso . MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Cap 6 de Ref B ibliogr . # 5 Cap 4 de Ref B ibliogr . # 5 Mater ial Audiovisual : T iza y pizar rón – transparencias uti lización del s imulador “Dis ti ll” (en la medida de disponibildad de las PC ) UNIDAD TEMÁTICA 8 Medición de Var iables de Proceso. CONTENIDOS S ensores , calidad de la medición, campo de medida. Alcance, zona muer ta, etc. S is temas por balance de movimiento, de fuerzas y por deformación del ele mento sens ible. Medición y control de temperatura. S is temas de bulbo lleno, bimetálicos . T ermocuplas . T ermómetro de res is tencia. Medición de Pres ión y Pres ión diferencial: a pis ton, de columna liquida, por deformación (de diafragma, fuelle, o Bourdon) Medición de nivel: Visual, por desplazamiento (flotador , desplazador)- por pres ión hidros tática (diferencial, burbujeo, etc.) Medición de caudal: Medidores volumetr icos (por pres ion diferencial, por grea var iable, por velocidad, otros )- Medidores más icos (térmico, momento y por pres ión diferencial). Cálculo de un elemento pr imar io (Placa Or ifi cio).

Otras mediciones : pH, dens idad, 02, etc. Analizadores en l ínea. TIEMPO ASIGNADO (18 horas ) OBJETIVOS DE LA UT La presente UT tiene un propós ito informativo y formativo : se presentan ideas y conceptos claves en la práctica de la ins trumentación. las tecnologías de medición son muy cambiantes en el tiempo pero los conceptos bás icos de calidad de la medición s iempre son válidos . T emperatura, Caudal, Pres ión y Nivel son las var iables más medidas en la indus tr ia de Procesos y por ello son las que analizan con más profundidad. MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Cap 2,3,4 y 5 de Ref B ibliogr . # 2 Mater ial Audiovisual : T iza y pizar rón – transparencias y Power Point UNIDAD TEMÁTICA 9 Elementos F inales de Control. CONTENIDOS Diver sos tipos , válvulas y actuadores . Anális is de los diver sos tipos de válvulas desde El punto de vis ta cons tructivo. Caracter ís tica de flujo. Calculo y selección. TIEMPO ASIGNADO (6 horas ) OBJETIVOS DE LA UT En la presente UT se trata otro de los bloques del lazo de control comenzando con reguladores de velocidad como elemento final de control y haciendo especial énfas is en las válvulas de control. S e analizan dis tintos tipos cons tructivos , caracter ís ticas de flujo según aplicación, dimens ionamiento etc. MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Cap 8 de Ref B ibliogr . # 2 Manuales de Fabr icantes : Masoneilan, Fisher , Groth etc Mater ial Audiovisual : transparencias y Power Point UNIDAD TEMÁTICA 10 I ns trumentación por Equipos . CONTENIDOS Hornos , I ntercambiadores , compresores , tor res de des ti lación, calderas , etc. Diseño del s is tema de control de la unidad, objeto del proyecto. TIEMPO ASIGNADO (18 horas )

OBJETIVOS DE LA UT En la presente UT se analiza el es tado del ar te de control de los pr incipales equipos , Calderas , I ntercambiadores , compresores , tor res de des tilación etc. Comprende la realización de un seminar io a cargo de cada una de las comis iones de alumnos MATERIALES CURRICULARES B ibliografía : Cap 8 de Ref B ibliogr . # 2 Manuales de Fabr icantes : Masoneilan, Fisher , Groth etc Mater ial Audiovisual : transparencias y Power Point y mater ial preparado por los alumnos .

P L ANI F I CACI ÓN DE CÁT E DR A C L A S E #

Fecha tentativa CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS

Primer cuatrimestre:6 horas semanales Teórico Práctico Seminario

2 semanas Introducción al Control Automático.

Reseña histórica. Regulador de Watt. x Controladores y servomecanismos. Concepto de Realimentación x de la Información. Sistemas en Lazo Abierto y en Lazo Cerrado. x Objetivos de Control x x Simbología: Estudio de la norma correspondiente x Documentación en Control. x x Álgebra de Diagramas en Bloque. Ejemplos y Ejercicios de los

Teoremas de x

Transformación y Reducción. x (12 h.) 4 semanas- Dinámica de Procesos Transformada de Laplace. Repaso general y ejercicios. x Tablas de transformadas. Inversión de la transformada. x x Respuesta de sistemas de primer orden frente a escalón de entrada,

frente x

a una rampa y Sinusoide. x Definición de función de transferencia. Significado de la constante de

tiem x

po en sistemas mecánicos, eléctricos, térmicos, etc. y su importancia en los

x

sensores. x

Análisis de la respuesta temporal de sistemas de primer orden en serie e in

x teractuantes. x

Sistemas de segundo orden. Respuesta oscilante. x Respuestas del sistema de segundo orden frente a señal escalón,

rampa, impulso x

y periódicas. x x Sistemas no lineales. Linealización de sistemas de nivel. x (24 horas)

1,5 semanas Estabilidad

Relación entre raíces de la ecuación característica de la función de trans x ferencia y la respuesta temporal. Definición en estabilidad-Criterios en es x tabilidad, estabilidad absoluta. Método de Routh. x x Estabilidad Relativa. x 9 (horas) 2 semanas Acciones de Control Sistemas de control ON-OFF, Proporcional, integral, flotante,

proporcional x

más derivativo, P.I., P.I.D., etc. Respuesta temporal x Respuesta temporal del proceso más el controlador. x x Control de relación. Control en cascada. Avanación, ejemplos de

aplicación. x

(12horas) 1,5 semanas Ajuste de Controladores

Criterios para el ajuste optimo. Criterio de la integral del error, del x error cuadrático, IAE, ITAE, etc.. x

Ajuste por métodos empíricos. Método de las oscilaciones sostenidas. x

Métodos de las oscilaciones amortiguadas. Método de la curva de reacción

x

del proceso. x Procesos con retardo de transporte. x x x (9 horas)

0,5 semanas Versión Tecnológica de Controladores.

Breve reseña de sistemas mecánicos, neumáticos, electrónicos etc de detección

x y amplificación. x Fuentes de alimentación neumática, especificación de consumos y

calidad x

de aire. Fuentes de alimentación eléctrica, sistemas con respaldo de ba x terias (UPS). x

(3 horas)

1,5 semanas Microprocesadores Aplicados al Control de Procesos.

Distintas formas de aplicación de la computadora al control. x Sistemas de adquisición de datos (Data Loggers). x Control digital directo. Control Supervisor.Control Avanzado x

Arquitectura de microprocesores Interfases, conversores A/D y D/A. Siste

x mas de entrada-salida digital. x Sistemas de control distribuido, distintas configuraciones. x

Software de control de procesos. x Confiabilidad. x Nociones de control lógico. Álgebra de Boole, circuitos secuenciales. x x

(9 horas) 3 semanas Medición de Variables de Proceso.

Sensores, calidad de la medición, campo de medida. x Alcance, zona muerta, etc. x Sistemas por balance de movimiento, de fuerzas y por deformación del

ele x

mento sensible. x Medición y control de temperatura. x

Sistemas de bulbo lleno, bimetálicos. x Termocuplas. Termómetro de resistencia. x Medición de Presión y Presión diferencial: a piston, de columna liquida, x por deformación (de diafragma, fuelle, o Bourdon) x Medición de nivel: Visual, por desplazamiento (flotador, desplazador)-

por x

Presión hidrostática (diferencial, burbujeo, etc.) x Medición de caudal: Medidores volumétricos. Medidores másicos. x Cálculo de un elemento primario x Otras mediciones: pH, densidad, oxigeno, etc. Analizadores en línea x .(18 horas) Segundo cuatrimestre: 2 horas semanales 1 semana Consulta 1 semana

semana Primer parcial

3semanas Elementos Finales de Control. Diversos tipos, válvulas y actuadores. x

Análisis de los diversos tipos de válvulas desde El punto de vista cons-tructivo.

x Característica de flujo. Calculo y selección. x x (6 horas) 9semanas Instrumentación por Equipos. Hornos, Intercambiadores, etc. x

,torres de destilación, x calderas, compresores x Diseño del sistema de control de la unidad, objeto del proyecto. x Seminario de equipos x (18 horas) 1 semana Consulta. 1 semana Segundo parcial

P L ANI F I CACI ÓN DE CÁT E DR A ME T ODOL OGÍ A DI DÁCT I CA

Estrategias de enseñanza clases teórico-prácticas, estudio de casos con aplicación de simuladores dinámicos sujeto a la disponibilidad de PC . Modalidad de agrupamientos pequeños grupos fijos o flexibles según el ejercicio y la disponibilidad de PC Consultas : semanales, durante ó después de clase a pedido del alumno. Organización de espacios dentro del ámbito universitario. con la utilización de programas de simulación.

E VAL U ACI ÓN Instrumentos y modalidades de la evaluación – Régimen de promoción . a) Diagnóstica, continua, final. b) Actividades: participación en clases teóricas, prácticas , seminarios. Realización de prácticas

de simulación con programas especiales. c) Regularidad: 1er parcial escrito 2da Seminario con exposición por grupos . d) Aprobación: con examen final. La cursada debe aprobarse dentro del ciclo lectivo en el cual se cursó la materia , realizándose la evaluaciones, en horario y días asignados a la cátedra

R E CU R S OS AU XI L I AR E S NE CE S AR I OS Tiza y pizarrón, proyector de transparencias , computadoras (este constituye el principal problema) y software especializado, revistas técnicas, videos, libros de ingeniería. Presupuesto para poder comprar Computadoras, libros, transparencias , software , equipos etc.