Control e
Instrumentación de Procesos Químicos
Titulación de
Ingeniero Químico Curso 2012-13
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Caracter: |
Troncal, 10.5 créditos (3 Instrum. + 7.5 Control (4.5 + 3)) |
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Curso: |
4º, anual codigo 44316 |
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Horario: |
Primer cuatrimestre: Jueves de 9 a 11h Segundo cuatrimestre: Lunes, Martes y
Miércoles de 11 a 12h. 2 grupos en español e ingles |
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Horario Prácticas: |
Segundo cuatrimestre: Martes de 16 a 18h, y de 18
a 20 h. |
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Profesor: |
Cesar de Prada Moraga (grupo ingles), / Mª Jesus de la Fuente (grupo español) Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática (ISA), Facultad de Ciencias De septiembre a enero los temas de Instrumentación 1.2 y 1.3 serán impartidos por el profesor Urueña del Dpto. de Ing. Química |
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Prerrequisitos: |
Conocimientos de Matemáticas y Procesos |
Los alumnos deben inscribirse en el sistema Moodle: http://campusvirtual.uva.es en esta asignatura.
Los mensajes, comunicaciones, etc. se realizaran a los
correos electrónicos indicados en dicho sistema
Objetivos:
Con esta asignatura se pretende que el alumno adquiera unos conocimientos básicos de Regulación Automática e Instrumentación que le permitan entender, analizar y diseñar sistemas de control automático de la industria de procesos. Se pretender combinar los fundamentos teóricos con un componente significativo de aplicación práctica de forma que el alumno conozca los elementos básicos de la implementación y operación de sistemas de control de procesos.
Aprender Compitiendo:
Se anima a los alumnos a que participen en el Concurso en Ingeniería de Control 2013 organizado por CEA (Comité Español de Automática) e ISA España.
Web del concurso:
http://www.ceautomatica.es/og/ingenieria-de-control/benchmark-2012-2013
Los ganadores obtendran el premio al mejor trabajo competitivo realizado por estudiantes sobre temas de Control e Instrumentación en torno a un benchmark industrial.
Igualmente se anima a participar en otros premios promovidos por CEA (Comité Español de Automática), junto a empresas:
PREMIO EMPRESARIOS AGRUPADOS.pdf
1. Sistemas de Control Automático.
Lección 1.1 Introducción a los Sistemas de control.
Sistemas dinámicos. Control de procesos. Operación en lazo abierto. Señales y sistemas continuos y discretos. Regulación automática: Realimentación. Elementos constitutivos de un lazo de regulación. Secuenciamiento y operaciones lógicas.
Lección 1.2 Transmisores y sistemas de medida
Introducción. Elementos de un sistema de medida industrial. Nomenclatura ISA. Acondicionamiento de señales. Transmisores. Características. Medidas de proceso más comunes: presión, caudal, nivel, temperatura, etc.
Lección 1.3 Actuadores
Válvulas de regulación. Tipos de válvulas. Características estáticas y dinámicas. Formulas de cálculo. Cavitación. Bombas y Compresores. Motores. Otros actuadores.
Lección 1.4 Reguladores automáticos
Reguladores PID. Ejemplos de regulación de procesos. Comportamiento dinámico cualitativo de un lazo de control. Sintonía empírica elemental.
Lección 1.5 Autómatas programables
Procesos lógicos y secuenciales. Reguladores todo/nada. Autómatas programables: Funciones y arquitectura. Programación: Diagramas de contactos y Grafcet. Sistemas de seguridad. Secuenciamiento de procesos batch.
2. Modelos Dinámicos Lineales en Tiempo Continuo.
Lección 2.1 Modelos dinámicos
Modelos matemáticos de procesos. Metodología de modelado basado en principios físicos. Ejemplos. Simulación de sistemas: EcosimPro. Modelos lineales y no-lineales. Modelos linealizados. Ejemplos. Formulación en variables de estado. Respuesta impulsional.
Lección 2.2 Función de transferencia.
Transformada de Laplace. Uso de la Transformada de Laplace con modelos dinámicos. Función de transferencia. Ejemplos de funciones de transferencia de procesos. Entradas normalizadas. Ganancia, polos y ceros. Retardos: aproximación de Pade. Realizabilidad
Lección 2.3 Respuesta temporal
Respuesta temporal de sistemas de primer y segundo orden. Parámetros característicos. Relación de la respuesta temporal y las posiciones de los polos. Sistemas de orden superior. Nociones elementales de estabilidad. Introducción a la identificación de sistemas. Introducción a Matlab y Simulink.
Lección 2.4 Diagramas de bloques.
Diagramas de bloques. Sistemas realimentados. Función de transferencia en lazo cerrado. Respuesta temporal de sistemas realimentados. Reducción de diagramas. 4 FT fundamentales.
3. Análisis de Sistemas Lineales en Tiempo Continuo.
Lección 3.1 Análisis de sistemas realimentados.
Respuesta temporal de sistemas realimentados de bajo orden con control proporcional. Lugar de las raíces. Análisis de estabilidad y respuesta dinámica.
Lección 3.2 Análisis de la respuesta en régimen permanente.
Introducción. Errores estáticos. Relación de los errores estacionarios con la ganancia, polos y ceros del proceso y el regulador.
Lección 3.4 Respuesta en frecuencia.
Concepto de respuesta en frecuencia. Diagrama de Bode. Diagrama polar. Filtrado de señales. Análisis de estabilidad en el dominio de la frecuencia: Criterio de Nyquist. Estabilidad relativa. Márgenes de fase y ganancia. Efecto de los retardos. Análisis de sensibilidad y robustez. Margen de módulo.
4. Diseño de Sistemas de Control.
Lección 4.1 Reguladores PID industriales.
Lazo de control. Tipos de reguladores PID industriales. Problemas prácticos de operación: "wind up" y transferencias automático/ manual. Tecnologías. Control digital. Sistemas de control distribuido (DCS). Configuración.
Lección 4.2 Sintonía de reguladores PID.
Metodología y especificaciones de diseño. Criterios de sintonía de reguladores PID. Reglas empíricas. Métodos de sintonía de Ziegler-Nichols, optimización de índices, lambda, especificaciones de márgenes de estabilidad y basados en síntesis. Diseño robusto. Métodos de sintonía automática. Predictor de Smith. Ejemplos. Supervisión del comportamiento de controladores.
Lección 4.3 Lazos de control comunes.
Estudio de lazos de control de caudal, nivel, temperatura y presión. Diagramas de bloques y características.
Lección 4.4 Introducción al diseño de estructuras de Control
Control en Cascada. Control Feedforward. Control Ratio. Control Selectivo. Control Override. Control Inferencial. Control de rango partido. Ejemplos.
Lección 4.5 Control de procesos comunes.
Sistemas de control de reactores, columnas de destilación, calderas, compresores, evaporadores, hornos. Metodología de diseño del esquema de control de una planta completa.
Lección 4.6 Sistemas con interacción.
Sistemas multivariables. Control de sistemas con interacción utilizando lazos simples. Medida de la interacción. Matriz de ganancias relativas de Bristol. Desacoplo. Ejemplos. Sistemas de control avanzado.
Lección 4.7 Co-diseño de sistemas de control.
Interacción entre diseño del proceso y operabilidad. Plantas con reciclo. Efectos de no-linealidades. Ejemplos.
Las practicas tienen como objetivo ilustrar la teoría y permitir al alumno aplicarla utilizando herramientas y sistemas reales. Constituyen una parte importante de la asignatura. Parte de las prácticas se realizarán en simulación, utilizando ordenadores personales (PC) con lenguajes de diseño y simulación estandar (Matlab, CStation, EcosimPro). También se utilizarán procesos conectados a ordenador del Laboratorio de Ingeniería de Sistemas y Automática para que el alumno pueda familiarizarse con la instrumentación, y procesos reales.
Los alumnos deberán realizar cuatro informes de los trabajos prácticos en el laboratorio por grupos, correspondientes a cada parte de la asignatura:
P1 PLC, entrega hasta el 26 de Febrero de 2013 14:00h
P2 Modelado e Identificación de procesos, entrega hasta el 26 de Marzo de 2013, 14:00h
P3 Análisis de sistemas dinámicos, entrega hasta el 30 de Abril de 2013, 14:00h
P4 Reguladores PID y Estructuras de control, entrega hasta el 28 de Mayo de 2013, 14:00h
Los cuales serán tenidos en cuenta en la valoración final. Tras la entrega de cada practica, un grupo elegido a sorteo realizará una exposición pública de la misma que será seguida de un seminario de discusión.
La entrega de practicas se realizará a través del sistema Moodle: http://campusvirtual.uva.es
Tamaño máximo de los archivos: 8 Mb
Los contenidos pueden obtenerse en :
Visitas técnicas
Se realizará una visita a la factoría de ACOR en Olmedo (Valladolid), en particular a sus salas de control y sistemas de instrumentación.
Fecha prevista: 30 de Noviembre de 2012. Fecha limite de inscripción 20 Nov. Salida a las 9. h. de la parte trasera de la sede Megerlina, EII
Visita
Dic. 2006
Se realizará también una visita a la refinería de petróleo de PETRONOR en Muskiz (Vizcaya), en particular a sus salas de control y sistemas de control avanzado, en cooperación con la sección de estudiantes de ISA-Valladolid
Fecha prevista: 9 de mayo de 2013. Fecha limite de inscripción: Hasta el 26 de abril 2013 al delegado de curso. Salida en la parte trasera de la sede Mergelina EII a las 6.15h.
Visita Mayo 2003
Visita Mayo 2003
Visita Mayo 2012
Visita Mayo 2006 Visita Mayo 2007 Visita Mayo 2012
Visita Mayo 2008 Visita Mayo 2009 Visita Mayo 2013
Visita Mayo 2010 Visita Mayo 2011 Visita Mayo 2013
Presentación Petronor visitaUVA.zip
Conferencias
Están previstas varias Conferencias , en cooperación con la
sección de estudiantes de ISA-Valladolid, a cargo de profesores y
profesionales de la industria de reconocida competencia:
Sistemas de automatización
Daniel Garcia, Siemens
"Control Predictivo Multivariable"
Rafael Gonzalez, Director de Control Avanzado, Petronor, 9
Mayo 2013
Simulador de Procesos
Se realizarán prácticas por grupos en un simulador de entrenamiento de personal de sala de control de una factoría azucarera
El primer grupo comienza el 16 de Abril.
Revista EuroXchange
Los alumnos pueden publicar sus trabajos de prácticas o en el simulador en la Revista EuroXchange de la Federación Europea de estudiantes de ISA. Las trabajos aceptados para publicación tendrán especial consideración cara a su valoración en la calificación de la asignatura.
Process Dynamics, Modeling and Control, B.A. Ogunnaike, W.H.
Ray, Oxford Univ. Press, 1994 (*)
Principles and practice of Automatic process control,Smith,Corripio, Edt.
John Wiley, 3ª edc., 2006 (*)
Control e Instrumentación de procesos químicos, Ollero, Fdez.-Camacho, Edt.
Sintesis, 1997 (*)
Ingenieria de control moderna, Ogata, Edt. Prentice Hall Inter.
4ª edc, 2003 (*)
Essentials of process control,W.L. Luyben, M.L. Luyben, Edt. Mc Graw-Hill, 1997
Process modeling, simulation and control for chemical eng.,
Luyben, Edt. McGraw Hill, 1990
Process Dynamics, Modelling, Analysis and simulation, B. Wayne Bequette, Edt.
Prentice Hall, 1998
Automatic Tunning of PID Regulators, Astrom, Hagglund, Edt.
ISA, 1995
Tuning of industrial control systems, A. B. Corripio., Edt. ISA, 1990
Manual de instrumentación y control de Procesos, Edt. Alción, 1998
Control Avanzado de Procesos, José Acedo Sanchez, Edt. Diaz de Santos 2002
Control systems Engineering, N.S. Nise, 2ª edic. Addison Wesley, 1995
Process Dynamics and Control, D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A.
Mellichamp, J. Willey, 1989
The Condensed Handbook of Measurement and Control, N.E.
Battikh, Edt. ISA, 2nd Edition, 2003
(*) Textos básicos
La Asignatura tiene dos partes: Los temas de Instrumentación (1.2 y 1.3) impartidos por el profesor Urueña del Dpt. de Ing. Química en el primer cuatrimestre, y el resto de la asignatura impartida por los profesores Cesar de Prada (grupo inglés) y Mª Jesus de la Fuente (grupo español) del Dpt. de Ing. de Sistemas y Automática. En la calificación de la asignatura la primera parte contará un 25% y la segunda un 75%.
Cada parte puede aprobarse independientemente y se guarda la calificación hasta Septiembre. También puede compensarse una parte con la otra, con los pesos antes indicados y siempre que se haya alcanzado al menos una calificación de 4.
Fechas de examen: 5 Junio 2013 / 16 Julio 2013
Información sobre la parte de la asignatura correspondiente al segundo cuatrimestre:
Se valorarán:
ü Proyectos prácticos (30%)
ü Examen final (70%)
Pueden compensarse si se ha sacado al menos un 4 en el examen
Se realizará un examen con dos partes: una de problemas y otra de teoría y cuestiones. Duración prevista: 3 horas de problemas y 1.h de teoría y cuestiones. El alumno puede encontrar problemas de exámenes típicos en el apartado de Documentos. La valoración de esta parte es del 60 % de la nota para problemas y el 40 % para la teoría.
Las presentaciones de Power Point y algunos problemas pueden descargarse de esta página:
Controladoress.zip ControllersUK.pdf
Instrument.zip Instrumentation.pdf
Modelado.zip Modelado1UK.pdf Modelado2UK.pdf
Frecuencia.zip frecuenciaUK.pdf
estructuras.zip controlstructuresUK.pdf Typical process units control.pdf
multivariables.zip multivariablesUK.pdf
