El control es un concepto central de la ingeniería de procesos que permite supervisar y ajustar continuamente los procesos. En el tratamiento industrial de aguas y aguas residuales, el control describe la regulación específica de los parámetros físicos, químicos y biológicos de una planta para garantizar un funcionamiento estable, eficaz y seguro. El objetivo del control es mantener los valores objetivo de determinados parámetros del proceso o corregir los fallos del proceso mediante un ajuste dinámico.

Fundamentos de la ingeniería de control

Definición y estructura de un bucle de control

Un bucle de control consta de varios elementos funcionales que trabajan juntos para alcanzar y mantener un valor de consigna definido para un parámetro del proceso (por ejemplo, el valor de pH, la temperatura, la presión o el caudal). Los principales componentes de un lazo de control son

  1. Controlador: Elemento central que calcula los ajustes necesarios en función de los valores medidos.
  2. Elemento de medida: registra el valor real del proceso (por ejemplo, sonda de pH, electrodo redox o sensor de caudal).
  3. Actuador: Realiza los ajustes (por ejemplo, bomba dosificadora, válvula o motor).
  4. Proceso: Sistema físico o químico que se controla.
  5. Señal de realimentación: Devuelve al regulador el valor real actual.

La función básica de un circuito de regulación se basa en la comparación del valor nominal y el valor real. El actuador reconoce y compensa una desviación (diferencia de regulación).

Diferencia entre control y regulación

A diferencia del sistema de control, que no tiene realimentación y se basa en especificaciones fijas, el control en bucle cerrado es un proceso dinámico que reacciona a la realimentación del sistema. Esto hace que el control en bucle cerrado sea más robusto frente a fallos y cambios en el proceso.

Aplicación del reglamento en el tratamiento de aguas industriales y residuales

El control es esencial en la tecnología del agua y las aguas residuales, ya que muchos parámetros deben mantenerse con precisión para garantizar un tratamiento eficaz. A continuación se describen aplicaciones importantes:

1. regulación del valor del pH

El valor del pH es uno de los parámetros clave en el tratamiento del agua y de las aguas residuales. El control preciso del pH es crucial para:

  • Precipitación y floculaciónLa formación de flóculos (por ejemplo, a partir de compuestos de aluminio o hierro) depende en gran medida del pH. Un valor de pH fuera del intervalo óptimo reduce la eficacia de la precipitación.
  • Protección contra la corrosión: un valor de pH demasiado bajo o demasiado alto puede provocar corrosión en tuberías y sistemas.
  • Neutralización: En muchos procesos, por ejemplo en lecherías o en la industria química, las aguas residuales ácidas o alcalinas deben llevarse a un rango neutro en plantas de neutralización.

El control suele realizarse mediante un sensor de pH que registra el valor real y un sistema de dosificación que añade ácido o álcali para alcanzar el valor objetivo.

2. regulación del potencial redox

El potencial redox es un indicador del poder oxidante o reductor de una solución. El control de este parámetro se utiliza a menudo para:

  • Procesos de desinfección: Control de la dosificación de agentes oxidantes como el cloro o el ozono.
  • Reducción de metales pesados: Control del suministro de agente reductor (por ejemplo, bisulfito de sodio para la conversión de cromo (VI) en cromo (III)).

Un bucle de control dinámico permite un ajuste preciso para optimizar las condiciones de reacción.

Sistema de neutralización de funcionamiento continuo

Foto: Dosificación controlada por pH de ácido y álcali en el bucle de reacción de nuestro sistema de neutralización Neutra de ALMA.

3. control de flujo

El control del caudal desempeña un papel importante en el tratamiento del agua de proceso y en el funcionamiento de los sistemas, especialmente en el caso de:

Los caudalímetros, como los sistemas de medición por ultrasonidos, electromagnéticos o de presión diferencial, proporcionan el valor real, mientras que las válvulas de control o las bombas regulan el caudal.

4. control de la temperatura

El control de la temperatura es especialmente importante en procesos como el tratamiento biológico de aguas residuales (por ejemplo, en reactores anaerobios), ya que los microorganismos reaccionan de forma sensible a las fluctuaciones de temperatura. El control de la temperatura se consigue mediante:

  • Intercambiador de calor para refrigeración o calefacción.
  • Sensores térmicos para controlar el valor real.
5. control de la dosificación de precipitantes y floculantes mediante la medición en línea de la DQO

El control de la dosificación de precipitantes y floculantes mediante la medición en línea de la DQO (demanda química de oxígeno) es un método avanzado para optimizar la eficacia de los procesos de precipitación y floculación en el tratamiento de aguas residuales industriales. La DQO es una medida de la cantidad total de sustancias orgánicamente oxidables en el agua y proporciona una indicación directa de la carga contaminante.

Funcionalidad del mando:

  • Un analizador en línea de DQO mide continuamente el contenido de sustancias orgánicas oxidables en el flujo de aguas residuales. La medición tiene lugar en tiempo real y proporciona datos precisos sobre la contaminación actual del agua.
  • La cantidad de dosificación de precipitantes (por ejemplo, sales de hierro o aluminio) y floculantes (por ejemplo, polímeros) se ajusta automáticamente en función de los valores de DQO medidos.
  • El circuito de control utiliza el valor de DQO medido como valor real, lo compara con el valor objetivo especificado y controla la adición de productos químicos a través del sistema de dosificación.

Ventajas de esta normativa:

  • Uso eficiente de los productos químicos: la dosificación se adapta con precisión a la carga de suciedad actual, evitando así la sobredosificación y el consumo innecesario de productos químicos.
  • Calidad estable del efluente: el ajuste preciso de los productos químicos garantiza un alto rendimiento de limpieza constante, lo que es especialmente importante cuando las cargas de aguas residuales fluctúan mucho.
  • Reducción de costes: la adición de productos químicos según sea necesario reduce los costes de funcionamiento y minimiza la producción de lodos, ya que no quedan precipitantes sobrantes sin utilizar.

Aplicación técnica del Reglamento

Algoritmos de control

Los lazos de control modernos utilizan varios algoritmos para calcular los ajustes de los actuadores. Las estrategias de control más comunes son

  • Regulador P (regulador proporcional): Ajusta el actuador en proporción a la desviación. Sencillo, pero con precisión limitada.
  • Controlador PI (controlador proporcional-integral): Combina ajustes proporcionales con compensación de desviaciones sistemáticas (offset).
  • Controlador PID (controlador proporcional-integral-diferencial): Complementa el control prediciendo los cambios futuros basándose en la tasa de cambio del valor real. Ideal para procesos dinámicos como el tratamiento de aguas.
Integración en sistemas de control de procesos

En los sistemas modernos, los bucles de control se integran en sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) o sistemas DCS (Distributed Control Systems). Estos sistemas permiten

  • Supervisión en tiempo real de todos los parámetros de control.
  • Alarmas automáticas cuando se superan los valores límite.
  • Registro de datos para analizar y optimizar la eficacia del sistema de control.
Medición en línea de la DQO en la entrada del DEHD NeoDAF de ALMA para optimizar la dosificación de precipitantes

Foto: Dosificación de precipitantes y floculantes controlada por la DQO en la entrada de nuestra planta de flotación ALMA NeoDAF.

Retos y oportunidades de optimización

Fallos en el bucle de control

Los fallos frecuentes en el sistema de control se deben a

  • Errores de los sensores: imprecisiones o fallos en las sondas de pH, los electrodos redox o los sensores de caudal.
  • Inercia del proceso: Retrasos entre la acción del actuador y la reacción en el proceso.
  • No linealidad: muchos procesos hidroquímicos presentan un comportamiento no lineal que sobrecarga los algoritmos de control sencillos.
Optimización mediante control basado en modelos

Las estrategias de control basadas en modelos, como el control adaptativo o el control predictivo (MPC), utilizan modelos matemáticos del proceso para permitir ajustes más precisos y rápidos. Estos enfoques son especialmente útiles en aplicaciones complejas como la filtración por membrana o los reactores biológicos.

Conclusión

El control es una herramienta indispensable en el tratamiento industrial de aguas y aguas residuales. Permite controlar con precisión parámetros críticos del proceso como el valor del pH, el potencial redox, el caudal y la temperatura, garantizando así un funcionamiento estable y eficaz de los sistemas. Un buen conocimiento de la tecnología de control y su aplicación es esencial para que ingenieros y operarios eviten interrupciones del proceso, aumenten la eficacia y garanticen el cumplimiento de los requisitos legales.

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