Control e instrumentación de procesos químicosArea de conocimiento: Ingeniería Química

Carácter: Troncal

Titulación:

Curso:

Cuatrimestre:

Ingeniero Técnico en

Química Industrial

3º

1º

Créditos: 6.0

Teoría: 4.5

Seminario: 1.5

Laboratorio

Programa:

Modelización dinámica y estática de procesos químicos

Tema 1. Modelización dinámica de procesos. Variables y ecuaciones de estado (3 h)1. Introducción a la dinámica y control de procesos químicos2. El control dentro del proceso industrial3. Formulación matemática de sistemas dinámicos: variables y ecuaciones de estado4. Modelos matemáticos de procesos químicos

Tema 2. Descripción de sistemas: funciones de transferencia (1 h)1. Resolución matemática de los modelos de procesos químicos: Transformación de Laplace2. Funciones de transferencia y diagramas de bloques para sistema SISO y MIMO

Análisis dinámico de sistemas en bucle abierto

Tema 3. Comportamiento dinámico de sistemas de primer orden (2 h)1. Sistemas de primer orden2. Respuesta dinámica de sistema de primer orden a perturbaciones típicas

2.1. Función escalón2.2. Función impulso2.3. Función sinusoidal

Tema 4. Comportamiento dinámico de sistemas de segundo orden y órdenes superiores (4 h)1. Sistemas de segundo orden3. Respuesta dinámica de sistemas de segundo orden a perturbaciones típicas

2.1. Función escalón2.2. Función impulso

4. Respuesta dinámica de sistemas de orden superior3.1. Polos y ceros y su efecto en la respuesta del sistema4.2. Sistemas dinámicos con tiempos muertos4.3. Aproximación a sistemas de orden superior4.4. Sistemas dinámicos con respuesta inversa4.5. Linearización de sistemas

Tema 5. Identificación de sistemas (2 h)1. Introducción3. Identificación de sistemas a partir de la respuesta a una función escalón

3.1. Sistemas de primer orden1.1.1. Determinación de la ganancia1.1.2. Método de un solo punto1.1.3. Método de la curva de reacción entera

1.2. Sistemas de segundo orden no periódicos1.2.1. Respuesta críticamente amortiguada

1.2.2. Respuesta sobreamortiguada1.2.2.1. Método de Oldenburg-Sartorius1.2.2.2. Método de Harriot1.2.2.3. Método de Smith

1.3. Sistema de segundo orden periódicos1.4. Sistemas con tiempo muerto

2. Identificación de sistemas de primer orden a partir de respuestas a una función impulso

Análisis dinámico y estabilidad de sistemas en bucle cerrado

Tema 6. Sistemas de control con realimentación (feedback) (1 h)1. Concepto de control con realimentación y componentes básicos2. Ejemplos de sistemas de control con realimentación en la industria química3. Tipos de controladores con realimentación

Tema 7. Comportamiento dinámico de sistemas de control con realimentación (2 h)1. Diagramas de bloques: función de transferencia global2. Efecto del control proporcional (P) en la respuesta del proceso controlado

2.1. Sistema de primer orden3.2. Sistema de segundo orden

4. Efecto del control proporcional-integral (PI) en la respuesta del proceso controlado5. Efecto del control proporcional-integral-acción derivada (PID) en la respuesta del proceso controlado

Tema 8. Análisis de estabilidad: criterio de Routh-Hurwitz (1 h)1. Concepto de estabilidad2. Ecuación característica3. Test de estabilidad de Routh-Hurwitz

Tema 9. Análisis del lugar de las raíces (3 h)1. Concepto del lugar de las raíces2. Construcción gráfica del lugar de las raíces3. Diagrama del lugar de las raíces mediante cálculo numérico4. Especificaciones dinámicas a partir del diagrama del lugar de las raíces5. Efecto de la acción de control

Tema 10. Análisis de respuesta a la frecuencia: criterios de estabilidad de Bode y Nyquist (3 h)1. Respuesta en frecuencia de un sistema lineal general2. Diagramas frecuencia-respuesta3. Criterio de estabilidad de Bode4. Criterio de estabilidad de Nyquist5. Diagramas frecuencia-respuesta en bucle cerrado: carta de Nichols

Tema 11. Sintonización de controladores (3 h)1. Criterios de calidad de un sistema de control2. Sintonización de controladores con realimentación

2.1. Métodos con modelo dinámico disponible5.1.1. Basados en criterio de calidad2.1.1. Basados en respuesta en frecuencia

5.2. Métodos empíricos5.2.1. En bucle abierto5.2.2. En bucle cerrado

Tema 12. Análisis y diseño de sistemas de control avanzado (2 h)1. Sistemas de control de lazos múltiples

1.1. Control en cascada1.2. Control selectivo1.3. Control de rango-partido

2. Sistemas de control anticipativo

Instrumentación de procesos químicos

Tema 13. Clases y características de instrumentos. Diagramas y símbolos de instrumentación (2 h)1. Características dinámicas y estáticas2. Tipos de instrumentos3. Diagramas y símbolos de instrumentación

Tema 14. Medidores de temperatura y presión (5 h)1. Elementos primarios de medida de temperatura

1.1. Termómetros1.2. Termorresistencias1.3. Termopares1.4. Termistores1.5. Pirómetros de radiación

2. Elementos primarios de medida de presión2.1 Elementos mecánicos-elásticos2.2. Elementos electromecánicos

2.2.1. Resistivos2.2.2. Magnéticos2.2.3. Capacitivos2.2.4. Galgas extensiométricas2.2.5. Piezoeléctricos

Tema 15. Medidores de caudal y nivel (5 h)1. Medidores de caudal

1.1. Medidores de presión diferencial1.1.1 Placa y orificio1.1.2 Tubo Venturi1.1.3 Tobera1.1.4 Tubo de Pitot

1.2. Medidores de velocidad1.2.1. Turbina1.2.2. Electromagnético1.2.3. Vórtice1.2.4. Ultrasónico

1.3. Medidores de flujo másico1.3.1. Térmicos1.3.2. Coriolis

2. Medidores de nivel de líquidos2.1. Medida directa2.2. Presión hidrostática2.3. Características eléctricas

3. Medidores de nivel de sólidos

Tema 16. Válvulas de control: dimensionado (4 h)1. Tipos de acción de una válvula de control2. Vaporización y cavitación en válvulas de control: dimensionado3. Selección de la caída de presión a través de la válvula4. Características de flujo de una válvula de control. Ganancia

Tema 17. Transmisores y elementos de control final (2 h)1. Transmisores2. Válvulas de control

2.1 Tipos2.2. Componentes

3. Unidades de potencia: tiristores

Bibliografía:

Stephanophoulos, G., "Chemical Process Control", Ed. Prentice-Hall (1984)

Luyben, W.L., "Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers", McGraw-Hill, 2nd. Ed. (1989)

Considine, D.M., and Considine, G.D., "Process Instruments and Control Handbook", McGraw-Hill (1985)

Creus, A., "Instrumentación Industrial", Ed. Marcombo (1993)

Ollero, P., Fernández, E., “Control e Instrumentación de Procesos Químicos”, Ed. Síntesis (1997)