Sistema de control de procesos

Sistema de Control de Procesos

Un proceso se define ampliamente como una operación que utiliza recursos para transformar entradas en salidas. Es el recurso que proporciona la energía necesaria al proceso para que se produzca la transformación. En el contexto de una industria, el término 'proceso' como se usa en el término 'control de proceso' se refiere a los métodos de cambio y refinación de materias primas que permanecen en estado sólido, líquido, gaseoso, fluido o lodo para crear productos finales de propiedades especificadas. Las materias primas durante el proceso se transfieren, miden, mezclan, calientan o enfrían, filtran, almacenan o manipulan de manera que se obtenga el resultado deseado. Durante el proceso las materias primas sufren cambios físicos y químicos para su conversión en productos finales. Normalmente, una industria opera una serie de procesos en los que cada proceso exhibe un comportamiento dinámico particular (que varía en el tiempo) que gobierna la transformación. El comportamiento dinámico está determinado por las propiedades físicas y químicas de los insumos, el recurso y el proceso mismo.

El control de procesos se refiere a los métodos que se emplean para controlar las variables del proceso o procesos utilizados en la fabricación de un producto. Es el acto de controlar un elemento de control final para cambiar la variable manipulada para mantener la variable del proceso en un punto de ajuste deseado. Estas variables pueden estar en las entradas del proceso, en los parámetros del proceso y en la salida del proceso. El control del proceso se realiza para reducir su variabilidad para obtener la calidad del producto deseado, mejorar las tasas de producción, aumentar la eficiencia del proceso, facilitar la protección del medio ambiente y garantizar la seguridad de los hombres y equipos empleados en el proceso.

Un corolario del control de procesos es que un proceso controlable debe comportarse de manera predecible. Para un cambio dado en la variable manipulada, la variable de proceso debe responder de manera predecible y consistente.

Un sistema de control de procesos tiene los siguientes objetivos.

• El sistema de control de procesos es central para el mantenimiento de la calidad del producto. El sistema de control de procesos mantiene los parámetros del proceso dentro de los límites cercanos para obtener productos de especificaciones consistentes del proceso. Sin control del proceso, la calidad del producto puede variar y el producto puede ser rechazado.
• El sistema de control de procesos es para preservar la seguridad del personal, el equipo y el medio ambiente.
• El sistema de control de procesos debe cumplir y maximizar la productividad del equipo y, por lo tanto, la producción.
• El sistema de control de procesos también debe garantizar que el consumo de materias primas, energía y servicios se mantenga dentro de las normas de consumo especificadas para el proceso.
• También se requiere un sistema de control de procesos para mantener el costo de producción bajo control, superando las limitaciones impuestas por el entorno al proceso. El control del costo debe lograrse sin comprometer la seguridad y la calidad del producto.

Para dar el resultado deseado, un proceso debe operar dentro de los parámetros establecidos. Se dice que el proceso está en operación estable si está operando dentro del rango especificado de los parámetros establecidos. Sin embargo, puede haber desviaciones de los parámetros establecidos durante la operación del proceso. Estas desviaciones se denominan perturbaciones. Las perturbaciones se producen debido a cambios no controlados en las entradas del proceso, que pueden ser la condición de alimentación, la presión o la temperatura del suministro de servicios públicos, la actividad del catalizador, la eficiencia de transferencia de calor, etc. Cuando un proceso experimenta perturbaciones, hay desviaciones en las variables del proceso y luego el proceso se vuelve inestable. .

Los procesos industriales normalmente son de naturaleza dinámica y, por lo tanto, un sistema de control de procesos generalmente tiene tareas duales. A través del sistema de control de procesos, un operador (i) monitorea ciertos indicadores de las condiciones del proceso y (ii) induce cambios en las variables apropiadas para mejorar las condiciones del proceso. El control se ejerce para mantener las condiciones deseadas en el sistema de proceso mediante el ajuste de variables seleccionadas en el sistema de proceso. Se utiliza un valor o rango específico como el valor deseado para la variable a controlar. Siempre es mejor utilizar el sistema de control más simple que pueda lograr los objetivos deseados. El diseño de un proceso determina cómo responderá dinámicamente y cómo se puede controlar.

Un proceso normalmente tiene los siguientes cuatro tipos de variables.

• Variables de entrada:estas son aquellas variables que estimulan de forma independiente el sistema del proceso y, por lo tanto, inducen cambios en las condiciones internas del proceso. Estas variables pueden ser variables manipuladas o pueden ser variables de perturbación.
• Variables de salida:estas son aquellas variables mediante las cuales un operador obtiene información sobre el estado interno del proceso.
• Variables de control:estas son aquellas variables que utiliza el operador para manipular y mantener el proceso bajo control.
• Variables de estado:son el conjunto mínimo de variables que son esenciales para describir completamente el estado interno (o condición) de un proceso.

El proceso debe ser monitoreado por el operador para garantizar que el proceso opere en condiciones estables y proporcione el resultado deseado. Para el monitoreo, se miden las condiciones (parámetros de proceso) del sistema de proceso. Para este operador hay que depender de instrumentos. Además, cada sistema tiene un cálculo de control que también se denomina algoritmo. Los resultados del cálculo se implementan para que el proceso funcione correctamente. Los instrumentos utilizados para controlar un proceso pueden ser sensores, transmisores, controladores y elemento final de control.

• Los sensores son aquellos instrumentos que llevan a cabo las funciones de visión, audición, etc. Estos instrumentos miden temperatura, nivel, flujo, composición, etc. Estos son termopares, medidores de presión diferencial, analizadores de gases, etc.
• Los transmisores son como las neuronas. Transmiten señales como señales de aire o señales eléctricas, etc.
• Controladores:los controladores hacen la función del cerebro. Los controladores pueden ser computadoras neumáticas, electrónicas o digitales.
• Elemento de control final:realizan la función de los músculos. Estos son válvulas de control, bombas, compresores, transportadores, interruptores de relé, etc.

Un diagrama de bloques que muestra diferentes elementos de control se encuentra en la Fig. 1

Fig. 1 Diagrama de bloques que muestra varios elementos de control

Hay dos razones principales para el control. La primera razón para el control es mantener la variable medida en su valor deseado cuando ocurren perturbaciones. La segunda razón para el control es responder a los cambios en los valores deseados de los parámetros del proceso. Los valores deseados son aquellos valores que se necesitan para que el proceso funcione de forma estable para producir un producto específico de forma económica y segura sin afectar negativamente al medio ambiente.

El diseño de la planta y el equipo influye en gran medida en las actividades de control del proceso. También es esencial que el proceso proporcione un buen rendimiento dinámico. Es necesario que todos los instrumentos y equipos de prueba sean periódicamente y correctamente calibrados. La calibración de los instrumentos y el equipo de prueba debe remontarse a los estándares nacionales. Los sensores deben ser correctos y de acción rápida con capacidades que se adapten a las necesidades del equipo y del proceso. Un proceso se puede controlar de forma manual o automática con la ayuda de la instrumentación necesaria. La mayoría de los controles automáticos se implementan con equipos electrónicos que utilizan niveles de corriente o voltaje para representar valores a comunicar.

Para un buen control del proceso, es necesario que el sistema sea receptivo y que solo ocurran pocas perturbaciones. En un sistema de control de procesos receptivo, las variables controladas responden rápidamente a los ajustes en las variables manipuladas. En tal sistema también se reduce la frecuencia de las perturbaciones. Se debe recordar que un operador puede controlar un parámetro solo si se mide, por lo que la ubicación y la selección de los sensores son muy importantes. Los sensores deben medir las variables de forma rápida, fiable y con suficiente precisión.