Docsity
Docsity

Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity


Consigue puntos base para descargar
Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium


Orientación Universidad
Orientación Universidad

Control e Instrumentación de Operaciones Unitarias, Monografías, Ensayos de Ciencia y Tecnología de los Alimentos

Este documento aborda los aspectos clave del control e instrumentación de las operaciones unitarias en procesos industriales. Cubre temas como la economía, la ingeniería de proyectos, el mantenimiento, las estrategias de control avanzadas, los principios básicos de un lazo de control, los parámetros de medición y los problemas de seguridad. Además, se discuten técnicas de control avanzadas para optimizar el rendimiento de los procesos.

Tipo: Monografías, Ensayos

2023/2024

Subido el 05/06/2024

antonio-vasquez-11
antonio-vasquez-11 🇻🇪

1 / 16

Toggle sidebar

Esta página no es visible en la vista previa

¡No te pierdas las partes importantes!

bg1
CONTROL E INSTRUMENTACION DE LAS OPERACIONES UNITARIAS
El control e instrumentación de las operaciones unitarias se refiere al monitoreo y control de las
variables clave en una planta de procesos para garantizar la seguridad, cumplir con regulaciones
ambientales, especificaciones de producción y restricciones operacionales.
Las operaciones unitarias se clasifican en cuatro categorías según las leyes básicas de la física:
1. Operaciones basadas en las leyes de la mecánica de fluidos: Estas operaciones se centran en el
estudio y aplicación de las leyes que gobiernan el comportamiento de los fluidos, como la ecuación de
continuidad, la ley de conservación de la masa y la ley de conservación de la energía. Estas operaciones
pueden incluir el análisis de la presión, el flujo, la velocidad y la viscosidad de los fluidos.
2. Operaciones de transmisión de calor: Estas operaciones se refieren a la transferencia de energía
térmica entre diferentes medios, como sólidos, líquidos o gases. Algunos ejemplos de estas operaciones
son la conducción, la convección y la radiación. Se utilizan en sistemas de calefacción, refrigeración,
intercambiadores de calor y sistemas de climatización.
3. Operaciones mecánicas: Estas operaciones involucran el uso de la mecánica de fluidos para generar
fuerzas y movimientos. Algunos ejemplos de operaciones mecánicas son las bombas, los compresores,
las turbinas y los ventiladores. Estas operaciones se utilizan en sistemas de bombeo, generación de
energía, sistemas de ventilación y transporte de fluidos.
4. Procesos u operaciones periódicos o discontinuos: Estos procesos se caracterizan por tener una
secuencia repetitiva o intermitente en su funcionamiento. Algunos ejemplos de estos procesos son los
ciclos de refrigeración, los procesos de mezclado en lotes, los sistemas de bombeo intermitente y los
sistemas de ventilación con control de demanda. Estos procesos son comunes en la industria química,
farmacéutica y de alimentos.
Un sistema de control es necesario para mantener una variable controlada (como la temperatura) en un
valor deseado mediante la manipulación de una variable (como el caudal). Los principios básicos de un
lazo de control incluyen:
• La necesidad de mantener una variable controlada en un valor deseado
• La manipulación de una variable para lograr el valor deseado
° La retroalimentación para ajustar la variable manipulada
En términos de instrumentación, se utilizan dispositivos como sensores, transductores y actuadores para
medir y controlar las variables clave en una planta de procesos.
Economía y Costos en el Contexto de CONTROL E INSTRUMENTACIÓN DE LAS OPERACIONES
UNITARIAS
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Control e Instrumentación de Operaciones Unitarias y más Monografías, Ensayos en PDF de Ciencia y Tecnología de los Alimentos solo en Docsity!

CONTROL E INSTRUMENTACION DE LAS OPERACIONES UNITARIAS

El control e instrumentación de las operaciones unitarias se refiere al monitoreo y control de las variables clave en una planta de procesos para garantizar la seguridad, cumplir con regulaciones ambientales, especificaciones de producción y restricciones operacionales. Las operaciones unitarias se clasifican en cuatro categorías según las leyes básicas de la física:

  1. Operaciones basadas en las leyes de la mecánica de fluidos: Estas operaciones se centran en el estudio y aplicación de las leyes que gobiernan el comportamiento de los fluidos, como la ecuación de continuidad, la ley de conservación de la masa y la ley de conservación de la energía. Estas operaciones pueden incluir el análisis de la presión, el flujo, la velocidad y la viscosidad de los fluidos.
  2. Operaciones de transmisión de calor: Estas operaciones se refieren a la transferencia de energía térmica entre diferentes medios, como sólidos, líquidos o gases. Algunos ejemplos de estas operaciones son la conducción, la convección y la radiación. Se utilizan en sistemas de calefacción, refrigeración, intercambiadores de calor y sistemas de climatización.
  3. Operaciones mecánicas: Estas operaciones involucran el uso de la mecánica de fluidos para generar fuerzas y movimientos. Algunos ejemplos de operaciones mecánicas son las bombas, los compresores, las turbinas y los ventiladores. Estas operaciones se utilizan en sistemas de bombeo, generación de energía, sistemas de ventilación y transporte de fluidos.
  4. Procesos u operaciones periódicos o discontinuos: Estos procesos se caracterizan por tener una secuencia repetitiva o intermitente en su funcionamiento. Algunos ejemplos de estos procesos son los ciclos de refrigeración, los procesos de mezclado en lotes, los sistemas de bombeo intermitente y los sistemas de ventilación con control de demanda. Estos procesos son comunes en la industria química, farmacéutica y de alimentos. Un sistema de control es necesario para mantener una variable controlada (como la temperatura) en un valor deseado mediante la manipulación de una variable (como el caudal). Los principios básicos de un lazo de control incluyen:
  • La necesidad de mantener una variable controlada en un valor deseado
  • La manipulación de una variable para lograr el valor deseado ° La retroalimentación para ajustar la variable manipulada En términos de instrumentación, se utilizan dispositivos como sensores, transductores y actuadores para medir y controlar las variables clave en una planta de procesos. Economía y Costos en el Contexto de CONTROL E INSTRUMENTACIÓN DE LAS OPERACIONES UNITARIAS

En el contexto de control e instrumentación de las operaciones unitarias, la economía y los costos están estrechamente relacionados. La economía se refiere a la eficiencia en la producción y la minimización de costos, mientras que los costos se refieren a los gastos incurridos en la producción de un bien o servicio.

  • Economías de Escala Las economías de escala se refieren a la ventaja de costos que experimenta una empresa cuando aumenta su nivel de producción. Esto se debe a la relación inversa entre el costo fijo por unidad y la cantidad producida. A medida que la cantidad de producción aumenta, el costo fijo por unidad disminuye. Las economías de escala también se traducen en una disminución de los costos variables promedio (costos no fijos) con un aumento en la producción. Esto se debe a la eficiencia operativa y las sinergias que se producen cuando se aumenta la escala de producción.
  • Tipos de Economías de Escala Existen varios tipos de economías de escala, incluyendo:
  • Economías de escala internas: se refieren a las economías de escala que se producen dentro de una empresa, como la reducción de costos por unidad al aumentar la producción.
  • Economías de escala externas: se refieren a las economías de escala que se producen en toda la industria, como la reducción de costos por unidad al aumentar la producción en toda la industria.
  • Economías de escala tecnológicas: se refieren a las economías de escala que se producen debido a avances tecnológicos, como la reducción de costos por unidad al implementar nuevas tecnologías.
  • Diseconomías de Escala Por otro lado, las diseconomías de escala se refieren al aumento de los costos promedio debido a un aumento en la escala de producción. Esto puede ocurrir cuando una empresa se vuelve demasiado grande y compleja, lo que puede llevar a ineficiencias y aumentos en los costos. En resumen, la economía y los costos están estrechamente relacionados en el contexto de control e instrumentación de las operaciones unitarias. Las economías de escala pueden ayudar a reducir los costos y aumentar la eficiencia, mientras que las diseconomías de escala pueden llevar a aumentos en los costos y disminuciones en la eficiencia. Los factores que pueden influir en el aumento o disminución de los costos de los instrumentos o maquinarias incluyen:
  • Planificación de proyectos: La planificación de proyectos es el proceso de definir las actividades necesarias para completar un proyecto, establecer un cronograma y asignar recursos. La planificación de proyectos también incluye la identificación de riesgos y la definición de estrategias para mitigarlos.
  • Control de proyectos: El control de proyectos es el proceso de monitorear el progreso de un proyecto y tomar medidas correctivas cuando sea necesario. El control de proyectos incluye el seguimiento del cronograma, el presupuesto y la calidad, y la identificación de desviaciones y problemas.
  • Herramientas y técnicas de Ingeniería de Proyectos: Existen varias herramientas y técnicas que se utilizan en la Ingeniería de Proyectos, incluyendo diagramas de Gantt, redes PERT, análisis de árboles de decisiones, análisis de sensibilidad y análisis de valor ganado. La Ingeniería de Proyectos es una disciplina importante en diversas industrias, como la construcción, la manufactura, la energía, la tecnología y la infraestructura. La aplicación efectiva de los conceptos y técnicas de Ingeniería de Proyectos puede ayudar a garantizar el éxito de un proyecto y el cumplimiento de los objetivos deseados. La ingeniera de proyectos dentro del control e instrumentacion de las operaciones unitarias La ingeniería de proyectos desempeña un rol fundamental en el control e instrumentación de las operaciones unitarias. Los ingenieros de proyectos son responsables de planificar, diseñar, ejecutar y controlar proyectos relacionados con el control e instrumentación de procesos, asegurándose de que se cumplan los objetivos específicos dentro de un plazo y presupuesto determinado. Esto incluye la selección y adquisición de instrumentos y equipos de control, la definición de especificaciones técnicas, la coordinación con otros equipos de diseño e ingeniería, la gestión de riesgos y la supervisión de la construcción y la instalación. Además, los ingenieros de proyectos deben asegurarse de que los sistemas de control e instrumentación cumplan con las normas y regulaciones aplicables, y de que sean confiables, eficientes y fáciles de operar y mantener. En resumen, la ingeniería de proyectos es esencial para garantizar que los sistemas de control e instrumentación de las operaciones unitarias se implementen correctamente y funcionen de manera eficiente y efectiva. Mantenimiento En el mantenimiento de instrumentos y sistemas de control en operaciones unitarias, existen varias consideraciones importantes para garantizar la eficiencia y confiabilidad de los procesos. A continuación, se presentan algunas de las consideraciones clave:
  • Diagnóstico de Instrumentos

Los instrumentos inteligentes, como los medidores de flujo y los sensores de temperatura, pueden diagnosticar problemas por sí mismos y proporcionar información valiosa para el mantenimiento. Sin embargo, es común que esta información no se utilice debido a la falta de entendimiento, capacitación y software útil para procesar los datos.

  • Gestión de Mantenimiento de Instrumentos Los fabricantes de instrumentos han desarrollado software para gestionar el mantenimiento de instrumentos, que se pueden clasificar en dos categorías:
  • Programas de gestión de instrumentos: analizan información en tiempo real de los instrumentos, buscan problemas y notifican al departamento de mantenimiento cuando un dispositivo necesita atención antes de fallar.
  • Software de gestión de activos: registra información vital de cada instrumento en la planta, como manuales y listas de piezas.
  • Consideraciones de Mantenimiento Algunas de las consideraciones clave para el mantenimiento de instrumentos y sistemas de control en operaciones unitarias incluyen:
  • Configuración: ayuda a configurar nuevos instrumentos durante la instalación inicial o cuando se reemplaza un instrumento existente.
  • Monitoreo de condiciones: analiza datos en tiempo real de los instrumentos para buscar problemas y notificar al departamento de mantenimiento cuando un dispositivo necesita atención.
  • Gestión del ciclo de vida: registra toda la vida útil de un instrumento, desde la configuración inicial hasta las calibraciones y reparaciones, y proporciona información para auditorías y regulaciones de seguridad. Es importante tener en cuenta que la standardización en la industria de instrumentación permite que la información sea accesible y utilizable para todos los instrumentos en una planta, independientemente del fabricante. Control de una columna de destilación Una columna de destilación es una operación de unidad crítica en muchos procesos químicos y petroquímicos. El control de una columna de destilación es esencial para lograr una pureza de el producto, consiste en minimizar el consumo de energía y garantizar una operación segura. Aquí hay algunas estrategias de control común para una columna de destilación

Un sistema de control es necesario para mantener una variable controlada (como la temperatura) en un valor deseado mediante la manipulación de una variable (como el caudal). Los principios básicos de un lazo de control incluyen:

  • Sensor: mide la variable controlada (por ejemplo, temperatura)
  • Controlador: compara el valor medido con el valor deseado y calcula la acción necesaria
  • Actuador: aplica la acción necesaria para mantener la variable controlada en el valor deseado Por ejemplo, en un proceso de control de temperatura, el sensor podría ser un termocouple, el controlador podría ser un algoritmo de control PID, y el actuador podría ser una válvula que regula el flujo de fluido refrigerante. Este controlador PID calcula la salida necesaria para mantener la variable controlada en el valor deseado, basándose en la diferencia entre el valor medido y el valor deseado, así como en la tasa de cambio de la variable controlada. Grados de libertad en las especificaciones de control de efectos del cambio en la alimentación en el control e instrumentacion de las operaciones unitarias En el control de una columna de destilación, los grados de libertad se refieren al número de variables que se pueden controlar o manipular para lograr un objetivo específico. En el caso de la columna de destilación, los grados de libertad se determinan mediante un análisis de grados de libertad, que se basa en la ecuación: C.D.F. = Número total de flujos - Número de fases presentes + 1 Donde C.D.F. es el número de grados de libertad. En una columna de destilación, los flujos que se consideran son: Flujo de alimentación (F) Flujo de reflux (R) Flujo de destilado (D) Flujo de fondo (B) Flujo de vapor (V)

El número de fases presentes es 2, ya que hay una fase líquida y una fase vapor. Por lo tanto, el número de grados de libertad en una columna de destilación es: C.D.F. = 5 - 2 + 1 = 4 Esto significa que hay 4 variables que se pueden controlar o manipular para lograr un objetivo específico, como la composición del destilado o la pureza del producto. En la instrumentación y control de las operaciones unitarias, los grados de libertad se utilizan para determinar la estrategia de control más adecuada para una columna de destilación. Por ejemplo, se pueden utilizar los siguientes grados de libertad:

  • Control de la composición del destilado mediante la manipulación del flujo de reflux (R)
  • Control de la presión de la columna mediante la manipulación del flujo de vapor (V)
  • Control de la temperatura de la columna mediante la manipulación del flujo de alimentación (F)
  • Control de la pureza del producto mediante la manipulación del flujo de fondo (B) En resumen, los grados de libertad en las especificaciones de control de efectos del cambio en la alimentación en el control e instrumentación de las operaciones unitarias se refieren al número de variables que se pueden controlar o manipular para lograr un objetivo específico en una columna de destilación. Parámetros de medición en control e instrumentación de operaciones unitarias En el control e instrumentación de operaciones unitarias, existen varios parámetros que se miden para evaluar el desempeño de los instrumentos y procesos. A continuación, se presentan algunos de los parámetros más comunes:
  • Precisión: se refiere a la capacidad de un instrumento para proporcionar una lectura precisa y repetible.
  • Exactitud: se define como la diferencia entre el valor indicado y el valor real. La exactitud depende de varios parámetros, como la histéresis, la linealidad, la sensibilidad, el offset y la deriva.
  • Span: se define como el rango de un instrumento, desde el valor mínimo hasta el valor máximo de la escala.
  • Reproducibilidad: se refiere a la capacidad de un instrumento para producir la misma salida repetidamente después de leer la misma entrada repetidamente, bajo las mismas condiciones.
  • Termocouple: un sensor de temperatura que mide la temperatura del aire caliente o del producto que se seca.
  • Higrómetro: un sensor de humedad que mide la cantidad de agua o líquido presente en el producto que se seca.
  • Anemómetro: un sensor de velocidad del aire que mide la velocidad del aire caliente que se utiliza para secar el producto.
  • Cronómetro: un instrumento que mide el tiempo de secado. Control de la operación El control de la operación de secado de sólidos en la ingeniería de alimentos se logra mediante la medición y el control de los parámetros de proceso mencionados anteriormente. El control se puede realizar de manera manual o automática utilizando sistemas de control de procesos. Ejemplo de control Un ejemplo de control para el secado de sólidos en la ingeniería de alimentos es el siguiente: Objetivo: secar un lote de frutas deshidratadas hasta alcanzar una humedad del 10%. Parámetros de control: temperatura del aire caliente (60°C), velocidad del aire (5 m/s), tiempo de secado (6 horas). Instrumentos de control: termocouple, higrómetro, anemómetro, cronómetro. Control de la operación: el operador ajusta la temperatura del aire caliente y la velocidad del aire según sea necesario para alcanzar la humedad deseada. El cronómetro se utiliza para medir el tiempo de secado. En resumen, el control para el secado de sólidos en la ingeniería de alimentos es un proceso crítico que implica la medición y el control de los parámetros de proceso para asegurar la calidad y la seguridad de los productos alimenticios. Condiciones de control en el control e instrumentación de las operaciones unitarias En el control e instrumentación de las operaciones unitarias, las condiciones de control se refieren a los parámetros y límites que se establecen para asegurar que el proceso se realice de manera segura, eficiente y dentro de los límites de calidad y seguridad establecidos. A continuación, se presentan algunas de las condiciones de control más comunes en diferentes operaciones unitarias:
  • Operación unitaria de secado

Temperatura: 50°C a 150°C Humedad: 10% a 90% Velocidad del aire: 1 m/s a 10 m/s Tiempo de secado: 1 hora a 24 horas

  • Operación unitaria de mezclado Velocidad de mezclado: 10 rpm a 100 rpm Tiempo de mezclado: 1 minuto a 30 minutos Temperatura: 20°C a 50°C Humedad: 40% a 80%
  • Operación unitaria de filtración Presión de filtración: 0.5 bar a 10 bar micromol Flujo de filtración: 100 L/h a 1000 L/h Tamaño de partículas: 0.1 μm a 10 μm Temperatura: 20°C a 50°C
  • Operación unitaria de pasteurización Temperatura: 60°C a 90°C Tiempo de pasteurización: 15 segundos a 30 minutos Presión: 1 bar a 5 bar Flujo de fluido: 100 L/h a 1000 L/h
  • Operación unitaria de enfriamiento Temperatura: 0°C a 20°C Tiempo de enfriamiento: 1 hora a 24 horas Velocidad del fluido: 1 m/s a 10 m/s Presión: 0.5 bar a 5 bar
  • Operación unitaria de esterilización

La humedad es una medición esencial en el control e instrumentación de operaciones unitarias. Se utiliza para controlar la humedad en procesos, como la humedad en la secado de sólidos, la humedad en la conservación de alimentos, entre otros.

  1. pH El pH es una medición importante en el control e instrumentación de operaciones unitarias. Se utiliza para controlar el pH de los procesos, como la pH en la producción de alimentos, la pH en la producción de productos químicos, entre otros.
  2. Conductividad La conductividad es una medición esencial en el control e instrumentación de operaciones unitarias. Se utiliza para controlar la conductividad de los procesos, como la conductividad en la producción de alimentos, la conductividad en la producción de productos químicos, entre otros.
  3. Turbidez La turbidez es una medición importante en el control e instrumentación de operaciones unitarias. Se utiliza para controlar la turbidez de los procesos, como la turbidez en la producción de alimentos, la turbidez en la producción de productos químicos, entre otros.
  4. Vibración La vibración es una medición esencial en el control e instrumentación de operaciones unitarias. Se utiliza para controlar la vibración de los procesos, como la vibración en la producción de máquinas, la vibración en la producción de equipos, entre otros. Es importante destacar que la elección de las mediciones esenciales dependerá del tipo de proceso, la precisión requerida y los requisitos de seguridad y mantenimiento. Problemas de seguridad y control En el control e instrumentación de operaciones unitarias, existen varios problemas de seguridad y control que deben ser considerados para asegurar la eficiencia, seguridad y calidad del proceso. A continuación, se presentan algunos de los problemas de seguridad y control más comunes:
  5. Fallos en la instrumentación Los fallos en la instrumentación, como sensores defectuosos o transmisores de señal incorrectos, pueden llevar a errores en la medición y control del proceso, lo que puede afectar la seguridad y eficiencia del proceso.
  6. Problemas de control de temperatura

La temperatura es una variable crítica en muchos procesos unitarios. Problemas de control de temperatura, como la falta de enfriamiento o sobrecalentamiento, pueden llevar a la degradación del producto, la pérdida de eficiencia y la seguridad del proceso.

  1. Problemas de control de presión La presión es otra variable crítica en muchos procesos unitarios. Problemas de control de presión, como la sobrepresión o la subpresión, pueden llevar a la degradación del producto, la pérdida de eficiencia y la seguridad del proceso.
  2. Problemas de control de flujo El flujo es una variable importante en muchos procesos unitarios. Problemas de control de flujo, como la obstrucción de tuberías o la falta de flujo, pueden llevar a la degradación del producto, la pérdida de eficiencia y la seguridad del proceso.
  3. Problemas de control de nivel El nivel es una variable crítica en muchos procesos unitarios. Problemas de control de nivel, como la sobrecarga o la subcarga, pueden llevar a la degradación del producto, la pérdida de eficiencia y la seguridad del proceso.
  4. Problemas de control de pH El pH es una variable importante en muchos procesos unitarios. Problemas de control de pH, como la acidificación o la alcalinización, pueden llevar a la degradación del producto, la pérdida de eficiencia y la seguridad del proceso.
  5. Problemas de control de conductividad La conductividad es una variable importante en muchos procesos unitarios. Problemas de control de conductividad, como la falta de conductividad o la sobrecarga, pueden llevar a la degradación del producto, la pérdida de eficiencia y la seguridad del proceso.
  6. Problemas de control de turbidez La turbidez es una variable importante en muchos procesos unitarios. Problemas de control de turbidez, como la falta de claridad o la sobrecarga, pueden llevar a la degradación del producto, la pérdida de eficiencia y la seguridad del proceso.
  7. Problemas de control de vibración La vibración es una variable importante en muchos procesos unitarios. Problemas de control de vibración, como la falta de vibración o la sobrecarga, pueden llevar a la degradación del producto, la pérdida de eficiencia y la seguridad del proceso.

Es importante destacar que la elección de los métodos de instrumentación dependerá del tipo de intercambiador de calor, la precisión requerida y los requisitos de seguridad y mantenimiento. Control normal. El control normal es un tipo de control que se utiliza para mantener una variable de proceso en un valor deseado o setpoint. En el control normal, se utiliza un sensor para medir la variable de proceso y un controlador para ajustar la variable de manipulación para mantener la variable de proceso en el setpoint. En el control normal, se pueden utilizar diferentes tipos de controladores, como controladores PID (proporcional-integral-derivativo), controladores PI (proporcional-integral) o controladores P (proporcional). El tipo de controlador utilizado dependerá del tipo de proceso y de la precisión requerida. El control normal se utiliza en una amplia variedad de procesos, como el control de temperatura, presión, flujo, nivel, humedad, pH, entre otros. En el control normal, se pueden utilizar diferentes tipos de instrumentos de medición, como termocouples, sensores de presión, sensores de flujo, sensores de nivel, sensores de humedad, sensores de pH, entre otros. Es importante destacar que el control normal es un tipo de control que se utiliza para mantener una variable de proceso en un valor deseado o setpoint, pero no es capaz de predecir o anticipar cambios en el proceso. Por lo tanto, en algunos casos, se pueden utilizar otros tipos de control, como el control predictivo o el control adaptativo, para mejorar la eficiencia y la precisión del proceso.