Control de procesos en la industria alimentaria

Máster en Química SostenibleUniversidad de ZaragozaNuria Bermejo Antuña

Historia• Primeros sistemas de control estaban destinados al control

del caudal para regular reloj de agua o aceite en una lámpara• El sistema más conocido es la válvula flotante• 1620, Drebbel diseña un sistema de control de temperatura

por retroalimentación en una incubadora

Historia• La necesidad del control automático del molino de piedra fue

la principal motivación para la busqueda del control de la velocidad de rotación de un eje

• 1788, laboratorio James Watt hizo famoso el regulador de bola flotante, fue su adaptación a la máquina de vapor

Historia• 1868, Maxwell realizó el primer estudio sistemático de la

estabilidad del control retroalimentado

• 1877 premio Adams ganado por E.J.Routh , determinación de criterios de estabilidad

• 1930, desarrollo de un conjunto completo de técnicas para el diseño de mecanismos de control, o servomecanismos

• Evans desarrolló un método adecuado para el diseño y análisis de estabilidad que hoy día continúa siendo una técnica importante

Sistemas de control de procesos• Leyes del Control de Procesos• Primera ley: El sistema de control más simple es el que mejor

funcionará• Segunda ley: Se debe entender el proceso antes de intentar

controlarlo• Elementos físicos de un sistema de control:• Instrumentos de medida o sensores• Transductores• Lineas de transmisión• Controlador• Elemento final de control (una válvula, una bomba de velocidad

variable, una compuerta...)• Registradores

Sistemas de control de procesosCaracterísticas deseables de los sistemas de control de procesos: • Grandes prestaciones, flexibilidad y escalabilidad • Gestión homogénea de datos, comunicación y configuración • Sistema abierto en base a las tecnologías básicas y estándares

industriales internacionalmente establecidos• Potente ingeniería a escala de sistema• Conducción fácil y segura del proceso • Manejo y visualización confortables• Redundancia a todos los niveles• Conexión directa con tecnologías de la información• Soluciones de automatización de seguridad• Amplia integración de buses de campo• Soluciones flexibles para procesos por lotes • Integración de transportes de material (Route Control) • Gestión de activos (diagnóstico y mantenimiento preventivo)

Relación entre la industria alimentaria y el control de procesos

• La industria alimentaria es una serie de operaciones básicas (bombas, intercambiadores de calor, evaporadores, etc.) integradas de una manera sistemática y racional

• Debe cumplir con las exigencias de:• Seguridad• Especificaciones de producción: La planta debe producir la

cantidad y la calidad de productos finales requeridos• Regulaciones medioambientales• Restricciones de proceso: Las bombas no pueden trabajar si no

tienen una succión neta positiva en cabeza, los tanques no pueden rebosar o vaciarse completamente, etc

• Economía: El proceso debe trabajar en los niveles óptimos de mínimo gasto económico y máximo beneficio

Relación entre la industria alimentaria y el control de procesos

• Construcción del sistema de control formado por

• Personas(diseñadores de planta, operadores de planta)

• Equipo (dispositivos de medida, válvulas, controladores, ordenadores)

• El sistema de control debe:

• Suprimir la influencia de perturbaciones externas

• Asegurar la estabilidad del proceso

• Optimizar el rendimiento del proceso

Sistema de control en proceso alimentario

Planta de procesos para Carne, controlada desde (PC)

Sistema de control en proceso alimentario

Planta de procesos para productos lácteos, controlada desde (PC)

Sistema de control en proceso alimentario

Sistema de control en proceso alimentario

Sistema de control en proceso alimentario: pasteurización

Magnitudes a controlar en el proceso:

• Nivel de los depósitos

• Caudales

• Porcentaje de la materia grasa de la leche

• Temperaturas de salida de los intercambiadores de calor

Sistema de control en proceso alimentario: pasteurización

1. Depósito regulador. 2. Pasteurizador de la leche. 3. Depósito de retención. 4. Centrífugadesnatadora. 5. Válvula modulante. 6. Homogeneizador. 7. Densímetro. 8. Pasteurizador de la nata. 9.Panel de estandarización

Sistema de control en proceso alimentario: pasteurización

Esquema del sistema de control de temperatura de un pasteurizador

Ejemplo de integración de un sistema de control de procesos en la producción y la comunicación

AUTOMATIZACIÓN INTEGRADA TOTAL (TIA)

Arquitectura del sistema SIMATIC PCS 7

Seguridad

Tres principios rectores• Proteger• Detectar• ResponderTemas clave en la seguridad en control de procesos• Comprender el riesgo del negocio• Comprender los sistemas• Comprender el impacto• Comprender las vulnerabilidades

• Implementar una arquitectura segura• Arquitectura de la red• Cortafuegos• Acceso remoto

Seguridad

• Establecer capacidades de respuesta• Formar equipo de respuesta de seguridad en CP (ERSCP)• Garantizar que todos los planes de seguridad electrónica son

regularmente mantenidos, ensayados y probados• Mejorar la concienciación y las habilidades• Aumentar concienciación• Establecer marco de formación

• Gestionar el riesgo de terceros• Identificar a los terceros• Gestionar los riesgos de los proveedores• Gestionar los riesgos en la cadena de suministro

Seguridad

• Afrontar proyectos• Garantizar que se nombra un responsable de seguridad• Incluir requisitos de seguridad en el diseño y especificación de los

proyectos• Establecer una dirección permanente• Definir roles y responsabilidades• Desarrollar la política y los estándares• Velar por el cumplimiento de la política y los estándares• Actualizar la política y los estándares

Bibliografía• Eduardo J. Moya de la Torre , AUTOMATIZACIÓN EN LA INDUSTRIA

ALIMENTARIA. Control integral de procesos continuos y discontinuos mediante SIMATIC PCS7

• Javier Arántegui, Control de Procesos, 2010-11• Planta de Procesos para productos Lácteos (LE00), G:\G1-

PROYECTOS\G1.6. LABORATORIOS ESPECIALES\PLANTAS PILOTO\ESPAÑOL\05ABRIL-EDICION3(actualizandose)\LE00-Planta de Procesos para Lacteos\0.- indice-LE00.doc

• Gabriela Reyes Delgado y Victoriano Macías Jaén, Seguridad funcional en plantas de proceso: sistemas instrumentados de seguridad y análisis SIL, OILGAS, mayo 2005

• Guía de seguridad de las TIC (CCN-STIC-480A) Seguridad en el control de procesos y SCADA, CPNI, 2010

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