Diseño, simulación y control de procesos
Diseño, simulación y control de procesos evalúa la construcción del diagrama de flujo, la especificación de equipos, los grados de libertad y la estrategia de control. El examen relaciona el diseño estacionario con el comportamiento dinámico y la estabilidad.
Diseño y simulación
- Jerarquía: concepto, balances, PFD, P&ID, especificación de equipos y análisis económico.
- Grados de libertad: variables menos ecuaciones independientes; un modelo debe quedar determinado.
- Simulación secuencial modular resuelve unidad por unidad; la orientada a ecuaciones resuelve el sistema completo.
- La integración energética y el análisis de pinch reducen servicios auxiliares.
Control
- Lazo feedback mide la variable controlada y actúa sobre la manipulada; feedforward anticipa perturbaciones; cascade mejora el rechazo.
- PID: acción proporcional, integral y derivativa. La integral elimina offset; la derivativa amplifica ruido.
- Un proceso de primer orden se describe por ganancia K, constante de tiempo τ y tiempo muerto.
Ejemplo resuelto
Un proceso de primer orden con K = 2 y τ = 5 min recibe un escalón de 3 unidades. La respuesta es y(t) = K A(1 − e^(−t/τ)) = 6(1 − e^(−t/5)). En t = τ = 5 min, y = 6(1 − 0.368) = 3.79, el 63.2% del cambio final. En t = 15 min, y = 6(1 − 0.0498) = 5.70, cerca del 95%. El tiempo muerto retrasa la corrección y reduce el margen de estabilidad, por lo que limita la ganancia admisible.
Errores que cuestan puntos
- Confundir PFD con P&ID.
- Usar un modelo estacionario para evaluar controlabilidad.
- Sintonizar PID sin considerar tiempo muerto y saturación.
- Ignorar el windup del término integral.
- Confundir variable manipulada con variable controlada.