Fundamentos y estrategias de control de procesos industriales: lazos, CRB y CRA

Lazo Clásico de Control

El funcionamiento de un lazo de control estándar sigue la siguiente secuencia de flujo:

Variable de referencia → Controlador → Actuador → Sistema → Sensor → Variable de medida.

Sistemas de Control de Procesos

Existen dos configuraciones principales para la gestión de procesos:

• Sistema de control de lazo abierto (Manual): La acción de control es independiente de la salida.
• Sistema de control de lazo cerrado (Automático): La acción de control depende directamente de la variable medida para corregir desviaciones.

Variables Involucradas en el Proceso

• Variable a controlar o de proceso: Representa la diferencia entre la variable controlada y el estado actual del proceso.
• Variables medidas: Aquellas captadas por los instrumentos de medición.
• Variables de consigna o de referencia (Set Point): El valor deseado que se busca alcanzar.
• Variable manipulada o de control: Acción física ejercida para modificar el proceso (aunque a veces la variable física no es clara).
• Variable de perturbación: Factores externos sin control que afectan al sistema (pueden influir ocasionalmente en el Set Point).

Elementos del Sistema

• Sensores: Encargados de captar la magnitud física.
• Transductores: Realizan el acondicionamiento de la señal.
• Controladores: Ejecutan el algoritmo de control.
• Actuadores: Dispositivos que manipulan físicamente las variables de control.

Objetivos del Control de Procesos

• Seguridad y estabilidad: Cumplimiento estricto de las restricciones de operación.
• Ajuste a la demanda: Garantizar cantidad y calidad mediante precisión y velocidad de respuesta.
• Normativa medioambiental: Operar bajo estándares ecológicos legales.
• Rentabilidad: Optimización basada en una función de coste.

Necesidad del Control Avanzado

El control avanzado surge debido a que:

• Los sistemas no suelen ser SISO (Single Input Single Output); conviene un control simultáneo de múltiples variables.
• Existe una fuerte interacción entre las variables del sistema.
• En el CRB (Control Regulatorio Básico) no hay una gestión eficiente de saturaciones o alarmas.
• Permite el cambio de estrategia orientado a objetivos de alto nivel.
• Resuelve problemas que el CRB no puede abordar eficazmente.

Ejemplo: Torre de Destilación

Niveles de control en función de la complejidad del objetivo:

1. CRB: Control Regulatorio Básico.
2. CRA: Control Regulatorio Avanzado.
3. CM: Control Multivariable.
4. OL / CO: Optimización en Línea o Control Óptimo.

1. Control Regulatorio Básico (CRB)

Principio de Funcionamiento

Se basa en lazos simples de realimentación que controlan las variables del proceso para asegurar una operación estable y segura en los puntos de trabajo establecidos.

Problemas asociados:

• Dificultad en el emparejamiento de variables.
• La elevada interacción obliga a desintonizar los operadores más lentos o menos eficientes.
• Las correcciones se realizan solo tras observar un error ya producido, resultando en un control lento, oscilatorio y tardío.

Consecuencias: Elevado margen de seguridad en calidad, cantidad y restricciones, lo que deriva en un coste elevado y pérdida de beneficios potenciales.

2. Control Regulatorio Avanzado (CRA)

Principio de Funcionamiento

Este nivel resuelve problemas específicos mediante la implementación de:

• Lazos en cascada.
• Lazos anticipativos (Feedforward).
• Compensación de tiempos muertos.
• Control de restricciones.

Problemas persistentes: No logra resolver las interacciones cruzadas complejas y mantiene un nivel de control relativamente bajo en comparación con sistemas multivariables.

Consecuencias: Al igual que en el CRB, persiste un elevado margen de seguridad en calidad y cantidad, manteniendo costes operativos altos y una eficiencia subóptima.