El objetivo de la asignatura es aprender nociones básicas de control, usando ejemplos típicos de la Ingeniería Química, para que el alumno sea capaz de diseñar y calcular los parámetros de un lazo de control. En primer lugar se analizan los diferentes elementos que componen un lazo de control, estudiando su dinámica. Posteriormente se analiza el lazo de control cerrado, estudiando su estabilidad y el diseño de controladores con realimentación de forma que la respuesta del lazo sea satisfactoria utilizando diferentes criterios de comportamiento. Otro objetivo de la asignatura es que los alumnos conozcan la instrumentación clásica para medir variables típicas en las industrias químicas.

En algunas asignaturas de segundo y tercer curso, los alumnos han calculado y diseñado equipos, unidades y procesos, siempre en estado estacionario. Esta asignatura introduce la variable temporal en esos cálculos, reflejando la realidad de cambios dinámicos en el funcionamiento de las operaciones y los procesos, poniendo de manifiesto la necesidad de controlar esas operaciones y procesos y mostrando cómo hacerlo.

La asignatura pertenece al Módulo II: Común a la Rama Industrial y no requiere conocimientos previos específicos de Ingeniería Química, aunque los ejemplos utilizados corresponden siempre a unidades propias de la Ingeniería Química, basados en los balances de materia y energía objeto de la asignatura Fundamentos de Ingeniería Química y Biotecnología de primer curso. La asignatura aporta conocimientos imprescindibles para el desarrollo experimental que se realiza en el segundo cuatrimestre de la asignatura “Experimentación en Ingeniería Química II” de tercer curso del grado de Ingeniería Química.

: Elementos de medida en la industria química. Dinámica de sistemas lineales en lazo abierto. Control con realimentación. Estabilidad en lazo cerrado. Sintonía de controladores. Control en cascada. Control en lazo directo. Control multivariable.

Medida y transmisión de señales Variables de proceso. Características de la medida. Clasificación de los instrumentos de medida. La transmisión de la medida. Calibrado. Diagramas de tuberías e instrumentos

Medidores de temperatura, presión y nivel Termopares. Termorresistencias. Termistores. Selección del sensor de temperatura. Medidores de presión. Conversión mecánica-eléctrica. Elementos primarios de medida de presión. Medidores de nivel

Medidores de caudal y composición Tipos y selección de medidores de caudal. Medidores de composición. Sistemas de muestreo y acondicionamiento

Modelos matemáticos dinámicos Modelos matemáticos de sistemas de ingeniería química. Leyes fundamentales. Ejemplos de modelos. La transformación de Laplace. Solución de ecuaciones diferenciales lineales usando transformadas de Laplace.

Dinámica de sistemas abiertos lineales Función de transferencia. Respuesta a perturbaciones de sistemas de primer orden. Técnicas de linealización. Respuesta de sistemas de segundo orden. Tiempo muerto o retardo.

Dinámica de sistemas cerrados Concepto de control con realimentación. Acciones básicas de control: proporcional, integral y derivada. Acciones combinadas. Respuesta en lazo cerrado. Efecto de las diferentes acciones de control. Concepto y de estabilidad. Criterios de estabilidad.

Sintonía de controladores Criterios sencillos de comportamiento y a lo largo del tiempo. Selección del tipo de controlador. Técnicas de estimación de los parámetros del controlador.

Control avanzado de procesos Control en cascada. Control en lazo directo (anticipativo). Control multivariable.



Temario:



1.- Medida y transmisión de señales Variables de proceso. Características de la medida. Clasificación de los instrumentos de medida. La transmisión de la medida. Calibrado. Diagramas de tuberías e instrumentos

2.- Medidores de temperatura, presión y nivel Termopares. Termorresistencias. Termistores. Selección del sensor de temperatura. Medidores de presión. Conversión mecánica-eléctrica. Elementos primarios de medida de presión. Medidores de nivel

3.- Medidores de caudal y composición Tipos y selección de medidores de caudal. Medidores de composición. Sistemas de muestreo y acondicionamiento

4.- Modelos matemáticos dinámicos Modelos matemáticos de sistemas de ingeniería química. Leyes fundamentales. Ejemplos de modelos. La transformación de Laplace. Solución de ecuaciones diferenciales lineales usando transformadas de Laplace.

5.- Dinámica de sistemas abiertos lineales Función de transferencia. Respuesta a perturbaciones de sistemas de primer orden. Técnicas de linealización. Respuesta de sistemas de segundo orden. Tiempo muerto o retardo.

6.- Dinámica de sistemas cerrados Concepto de control con realimentación. Acciones básicas de control: proporcional, integral y derivada. Acciones combinadas. Respuesta en lazo cerrado. Efecto de las diferentes acciones de control. Concepto y de estabilidad. Criterios de estabilidad.

7.- Sintonía de controladores Criterios sencillos de comportamiento y a lo largo del tiempo. Selección del tipo de controlador. Técnicas de estimación de los parámetros del controlador.

8.- Control avanzado de procesos Control en cascada. Control en lazo directo (anticipativo). Control multivariable.



Bibliografía básica:

Stephanopoulos, G. "Chemical Process Control", Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J. (1984).

Seborg, D.E., Edgar, T.F., Mellichamp, D.A. "Process Dynamics and Control", 2ª edición. John Wiley and Sons, Nueva York (2004).

Ollero de Castro, P., Fernández, E. "Control e instrumentación de procesos químicos", Editorial Síntesis, Madrid (1997).

Luyben, W.L. "Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers", 2ª ed., McGraw-Hill, New York (1990).



Bibliografía de profundización:

Smith, C.A., Corripio, A.B. "Principles and Practice of Automatic Process Control", 3ª edición, John Wiley and Sons, New York (2006).

Marlin, T.E., "Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance", 2ª edición, McGraw-Hill, New York (2000).

Ogunnaike, B., Ray, W.H., "Process Dynamics, Modeling and Control", Oxford University Press, New York (1994).

Bequette, B.W., ¿Process control: modeling, design and simulation¿, Prentice Hall, N.J., (2003).

Los objetivos de la asignatura se consiguen a través de las clases magistrales, para cuyo seguimiento se facilita al alumno material escrito, así como mediante clases prácticas de resolución de problemas-ejemplo por parte del profesor (mediante métodos manuales y usando programas como Excel y MATLAB), y seminarios sobre problemas resueltos individualmente por los alumnos. El programa práctico incorpora además prácticas de simulación por ordenador usando el software LOOP-PRO(realizadas individualmente por cada alumno) en las que se pretende que los alumnos identifiquen la dinámica de los sistemas a controlar, que comprendan la naturaleza de las acciones de control y que analicen los diferentes métodos de ajustar los parámetros de los controladores.

• Continuous Assessment System
• Final Assessment System
• Tools and qualification percentages:
  • Written test to be taken (%): 75
  • Realization of Practical Work (exercises, cases or problems) (%): 25

Exámen teórico/práctico: 60 % de la nota (nota mínima exigida de 3,5)

- Examen de la 1ª parte: eliminatorio si se supera la nota de 6,0

Ejercicios de simulación: 20 % de la nota final.

Resolución de problemas: 10 % de la nota final.

Realización de trabajos: 10 % de la nota final.

La calificación final de la asignatura se conformará ponderando el 70 % de la calificación obtenida en el examen final test/práctico con el 30 % de la calificación obtenida en las 7 tareas ya realizadas durante el curso.

Para aprobar, se exige obtener al menos el 40 % del total, tanto en el test como en los problemas.

- Material escrito suministrado por el profesor.
- Software LOOP-PRO

Basic bibliography

Stephanopoulos, G. "Chemical Process Control", Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J. (1984).

Seborg, D.E., Edgar, T.F., Mellichamp, D.A. "Process Dynamics and Control", 2ª edición. John Wiley and Sons, Nueva York (2004).

Ollero de Castro, P., Fernández, E. "Control e instrumentación de procesos químicos", Editorial Síntesis, Madrid (1997).

Luyben, W.L. "Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers", 2ª ed., McGraw-Hill, New York (1990).

In-depth bibliography

Smith, C.A., Corripio, A.B. "Principles and Practice of Automatic Process Control", 3ª edición, John Wiley and Sons, New York (2006). Marlin, T.E., "Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance", 2ª edición, McGraw-Hill, New York (2000). Ogunnaike, B., Ray, W.H., "Process Dynamics, Modeling and Control", Oxford University Press, New York (1994). Bequette, B.W., ¿Process control: modeling, design and simulation¿, Prentice Hall, N.J., (2003).

Web addresses

http://www.isa.org/
http://www.controlstation.com/
http://www.library.cmu.edu/ctms/
http://www.controlglobal.com/
http://www.controlguru.com/pages/table.html
http://www.cambridge.org/us/features/chau/matlab/matlabindex.html
http://www.controleng.com/archives/2000/ctl0601.00/000601.htm
http://network54.com/Hide/Forum/30020