el control automático : ingenieria en energia

El Control Automático : El Control Automático : INGENIERIA EN ENERGIAINGENIERIA EN ENERGIA

CONTROL BASICO DE UN PROCESO ENERGETICO

Ing. César López Aguilar

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA

CONTROL AVANZADO DE PROCESOSCONTROL AVANZADO DE PROCESOS

JOSE ACEDO SANCHEZJOSE ACEDO SANCHEZ

CAP. 9CAP. 9

Sea el siguiente proceso energético

Existe un proceso como el de la Figura 11.1, en el que a un tanque entra un caudal variable de líquido. Hay que calentar este líquido para que salga a una temperatura deseada. Para conseguir esta temperatura se dispone de vapor de agua que fluye a través de un serpentín situado dentro del tanque.

La característica es la TEMPERATURA DE SALIDA, que se convierte en la VARIABLE CONTROLADA (VC), es una característica del producto del proceso que se requiere mantener a un determinado valor. Este valor se le conoce como SET POINT (Sp) = PUNTO DE CONSIGNA O VALOR DESEADO. La Variable controlada toma un valor que es diferente al valor del set point, este valor lo denominamos valor del proceso (Vp)

La VARIABLE MANIPULADA, es una característica del fluido de control y sobre el que actúa el controlador, mediante el elemento de control final o ACTUADOR.

La VARIABLE DE PERTURBACION, son las variables que intervienen en el proceso y sobre cuya característica el sistema de control no tiene actuación y a veces se puede conocer el valor de esta característica, pero no se actúa. Si se interviene de alguna forma en la característica, la variable de perturbación pasa a ser una variable controlada secundaria.

EL SENSOR, detecta el valor de la variable física y el TRANSMISOR transmite y adopta ese valor a las características del controlodor (controlador neumático, controlador eléctrico, controlador térmico, controlador lógico programable).

ACTUADOR O ELEMENTO DE CONTROL FINAL, realiza una acción que permite variar la variable manipulada con la finalidad que la variable controlada vuelva al valor deseado. El preactuador es el elemento intermedio para alimentar al actuador.

EL CONTROLADOR, es el elemento principal de una sistema de control de procesos y tiene dos funciones principales.

1) Determina la diferencia entre el valor real del proceso de la variable manipulada y el SET POINT, esta diferencia se le conoce como ERROR.

2) Toma una decisión y ordena la acción del actuador en base al error y algún algoritmo previamente definido para la actuación del controlador.

E = Vp - SP

PREACTUADOR CONTROLADOR

ACCION INVERSA DEL CONTROLADOR

La mayoría de los controladores son de acción inversa, cuando el error es positivo, su acción es disminuyendo y cuando el error es negativo, su acción es aumentando.

EJEMPLO N° 01

En nuestro proceso energético, el valor de la variable controlada es de 70°C y el SET POINT es de 60°. Cual es la acción del controlador.

EJEMPLO N° 02

Para el mismo caso anterior, el valor de la variable controlada es de 50°C. Cual es la acción del controlador

CONTROL DE DOS POSICIONESComúnmente llamado control Todo-Nada, también Abierto-Cerrado, On-

Off, etc. Como su nombre indica, en el control de dos posiciones el elemento final de control sólo ocupa una de las dos posiciones posibles. Para llevar a cabo este tipo de control se sustituyen las válvulas manuales «A» y «B» por automáticas y se montan actuadores de solenoide sobre las mismas, tal como aparece en la Figura 11.2, operándose por medio de pulsadores desde un lugar centralizado. Las válvulas solamente podrán asumir dos estados:

• Totalmente abiertas (ON).

• Totalmente cerradas (OFF).

La forma de control disponible para el operador se denomina dos posiciones o control Todo-Nada. Se supone por el momento que el nivel se mantiene constante y que el objetivo es controlar la temperatura en un valor deseado o punto de consigna de 100 °C. El operador compara la lectura del indicador con el valor deseado o de referencia que mantiene en la mente, y adopta una estrategia de control que puede ser denominada forma de control.

CONTROL DE DOS POSICIONES

La forma o método más obvio será cortar totalmente el vapor, cerrando la válvula «A», cuando la temperatura sobrepase los 100 °C y suministrar todo el vapor abriendo esta válvula cuando la temperatura disminuya por debajo de los 100 °C. La temperatura tendrá una oscilación similar a la que aparece en la Figura 11.3, típica de esta forma de control puesto que, en un momento determinado, se suministra toda la energía disponible y en el momento siguiente se deja de suministrar

CONTROL DE DOS POSICIONES

BANDA

PROPORCIONAL

100°C

PERIODO

BANDA PROPORCIONAL, es la variación necesaria que debe tomar la variable controlada para producir una variación total en el actuador, esto significa una variación de 0 o 100 % de abertura de la válvula (totalmente cerrada o totalmente abierta). El control de dos posiciones, trabaja con una banda diferenciada para evitar chisporroteo.

CONTROL DE DOS POSICIONES

EJEMPLO N° 03

En un intercambiador de calor, se tiene un control de dos posiciones y se asume para efectos de simplificar que la forma de onda de variación de la variable controlada es senoidal, con un periodo de 12 min y una amplitud de 10° C. El Set point es de 70 °C. Graficar el comportamiento de la variable controlada y de las válvula manipulada por el controlador. Indicar los tiempos de dichas gráficas.

EJEMPLO N° 04

Para el problema anterior, se ha modificado la acción de dos posiciones, con una banda diferencial de 10°C. Graficar el comportamiento de la variable controlada y de las válvula manipulada por el controlador. Indicar los tiempos de dichas gráficas.