Instrumentación y Control de Procesos

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control de proceso

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INTRODUCCIN

La instrumentacin y control de procesos es una especialidad de la ingeniera que combina, a su vez, distintas ramas, entre las que destacan: control, automatizacin, electrnica e informtica. Su principal aplicacin y propsito es el anlisis, diseo y automatizacin de procesos de manufactura de la mayor parte de las reas industriales: petrleo y gas, generacin de energa elctrica, textil, alimentaria, automovilstica.

La instrumentacin es lo que ha permitido el gran avance tecnolgico de la ciencia actual en casos tales como: los viajes espaciales, la automatizacin de los procesos industriales y mucho otros de los aspectos de nuestro mundo moderno; ya que la automatizacin es solo posible a travs de elementos que puedan sensar lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una accin de control pre-programada que actu sobre el sistema para obtener el resultado previsto.

El Ingeniero en Instrumentacin y control de procesos es un profesional con formacin integral y competencias para elaborar, administrar y asesorar proyectos y montajes de automatizacin de procesos industriales; resolver problemas de automatizacin y optimizar los sistemas existentes; proponer el desarrollo de nuevas tcnicas de control; desarrollar e implementar algoritmos de control utilizando lenguajes de alto y bajo nivel; desarrollar proyectos de investigacin en el campo de la medicin y el control; utilizar tcnicas de inteligencia artificial y robtica en la automatizacin de procesos de produccin y servicios; y disear e implementar interfaces para sistemas de adquisicin de datos y procesamiento de seales.

CAPITULO I

I. SISTEMA DE CONTROL AUTOMTICO

Un sistema automtico de control es un conjunto de componentes fsicos conectados o relacionados entre s, de manera que regulen o dirijan su actuacin por s mismos, es decir sin intervencin de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo adems los posibles errores que se presenten en su funcionamiento. Actualmente, cualquier mecanismo, sistema o planta industrial presenta una parte actuadora, que corresponde al sistema fsico que realiza la accin, y otra parte de mando o control, que genera las rdenes necesarias para que esa accin se lleve o no a cabo.

El principio de todo sistema de control automtico es la aplicacin del concepto de realimentacin o feedback (medicin tomada desde el proceso que entrega informacin del estado actual de la variable que se desea controlar) cuya caracterstica especial es la de mantener al controlador central informado del estado de las variables para generar acciones correctivas cuando as sea necesario. Este mismo principio se aplica en campos tan diversos como el control de procesos qumicos, control de hornos en la fabricacin del acero, control de mquinas herramientas, control de variables a nivel mdico e incluso en el control de trayectoria de un proyectil militar.

Un ejemplo sencillo de sistema automtico lo constituye el control de temperatura de una habitacin por medio de un termostato, en el que se programa una temperatura de referencia que se considera idnea. Si en un instante determinado la temperatura del recinto es inferior a la deseada, se producir calor, lo que incrementar la temperatura hasta el valor programado, momento en que la calefaccin se desconecta de manera automtica.

1.1 ELEMENTOS DE UN SISTEMA AUTOMTICO

Unsistema automticopuede controlar desde la alarma de un despertador hasta el lanzamiento de una nave espacial.Generalmente, los sistemas de control se componen de undispositivo de entrada, una unidad de controly undispositivo de salida.El dispositivo de entrada suele ser un sensor que detecta las condiciones del entorno. Cuando se detectan variaciones en el entorno, se producen pequeas variaciones en el sensor que se transforman en seales elctricas. Esta seal elctrica se amplifica, y se introduce en un circuito electrnico o en un sistema de control por ordenador para que se produzca una accin de control sobre los actuadores, como arrancar y parar un motor, o encender y apagar una luz.El esquema de un sistema automtico se resume as:

En este ejemplo, el sistema es enlazo abierto, ya que el proceso se desarrolla en diferentes fases sin comprobar que el objetivo se ha alcanzado satisfactoriamente.En el ejemplo de una lavadora, la seal de salida (que sera la ropa lavada) no se introduce en el sistema en ningn momento para poder dar el proceso por terminado. Es posible que la ropa no est bien lavada pero el sistema no puede rectificar automticamente.

En ocasiones queremos que la seal a controlar alcance un valor determinado, para ello el sistema tiene que medir continuamente dicha seal para alcanzar ese valor deseado.

En este caso el sistema esrealimentado, y hablamos de un sistema automtico delazo cerrado. El funcionamiento de un sistema automtico de lazo cerrado se resume de esta forma:

1.2 NECESIDAD Y APLICACIONES DE LOS SISTEMAS AUTOMTICOS DE CONTROL

La implantacin y el desarrollo de los sistemas automticos estn presentes en infinidad de sectores, en el mbito domstico, en los procesos industriales, en el desarrollo tecnolgico y cientficos, provocando avances significativos en todos los campos.

En la produccin industrial su utilizacin permite:

Aumentar la calidad y la cantidad del producto fabricado. Mejorar los sistemas de seguridad del proceso industrial. Ejecutar operaciones cuya realizacin sera impensable con la nica participacin del hombre. Reducir enormemente los costes productivos.

Dentro de los avances cientficos que el uso de estos sistemas ha posibilitado tenemos un ejemplo claro en el desarrollo del campo de las misiones espaciales, que son realizadas de modo automtico y en los que la presencia humana es anecdtica.

En el desarrollo tecnolgico, abarca desde el control de robots, como la regulacin centralizada del trfico en un aeropuerto, sistemas de ayuda al conductor de un vehculo.

En el mbito domstico, todo lo que tiene que ver con ladomticaque provoca una habitabilidad ms confortable.

CAPITULO II

II. COMPONENTES BSICOS DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMTICO

Se puede deducir que existen 4 componentes bsicos de todo el sistema de control y son:

2.1 SENSOR

2.1.1 DEFINICIN

Unsensor o captadores undispositivo que est capacitado para detectar acciones o estmulos externos y responder en consecuencia. Estos aparatos pueden transformar las magnitudes fsicas o qumicas en magnitudes elctricas.

2.1.2 DESCRIPCIN

Unsensores un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin, y transformarlas en variables elctricas. Las variables de instrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, movimiento,pH, etc.

Un sensor se diferencia de untransductoren que el sensor est siempre en contacto con la variable de instrumentacin con lo que puede decirse tambin que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la seal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo.

Como por ejemplo eltermmetrode mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la accin de la temperatura. Un sensor tambin puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energa en otra.

reas de aplicacin de los sensores: Industria automotriz, robtica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.

Por ejemplo: existen sensores que se instalan en los vehculos y que detectan cuando la velocidad de desplazamiento supera la permitida; en esos casos, emiten unsonidoque alerta al conductor y a los pasajeros.

Otro tipo de sensor muy habitual es aquel que se instala en la puerta de entrada de las viviendas y reacciona ante el movimiento. Si unapersonase acerca al sensor, ste emite una seal y se enciende una lmpara. La utilizacin de estos sensores est vinculada a laseguridad, ya que evitan que alguien aproveche la oscuridad para ocultarse e ingresar en la casa sin ser advertido.

2.1.3 TIPOS

2.1.3.1 SENSORES DE POSICIN Y DE MOVIMIENTO

Habitualmente, los sistemas automticos se ponen en marcha segn los datos que reciben del entorno mediante unos dispositivos llamadossensores.Los sensores miden o detectan los cambios que se producen en el entorno respecto a ciertas magnitudes: temperatura, posicin, velocidad, presin, etc.

2.1.3.2 SENSORES PARA AUTOMOCIN

Se incluyen sensores de efecto Hall, de presin y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnologa y constituyen soluciones flexibles a un bajo costo. Su flexibilidad y durabilidad hace que sean idneos para una amplia gama de aplicaciones de automocin.

2.1.3.3 SENSORES DE CAUDAL DE AIRE

Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de pelcula fina aislada trmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rpida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.

2.1.3.4 SENSORES DE CORRIENTE

Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una vlvula o desconectar una bomba.

2.1.3.5 SENSORES DE HUMEDAD

Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa estn configurados con circuitos integrados que proporcionan una seal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polmeros que interacciona con electrodos de platino. Estn calibrados por lser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviacin.

2.1.3.6 SENSORES DE POSICIN DE ESTADO SLIDO

Los sensores de posicin de estado slido, detectores de proximidad de metales y de corriente, se consiguen disponibles en varios tamaos y terminaciones. Estos sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrnicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicacin.

2.1.3.7 SENSORES DE PRESIN Y FUERZA

Los sensores de presin son pequeos, fiables y de bajo costo. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisin y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Adems, presentan unas caractersticas operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibracin.

2.1.3.8 SENSORES DE TEMPERATURA

Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina pelcula de resistencia variable con la temperatura (RTD) y estn calibrados por lser para una mayor precisin e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rpidas.

2.1.3.9 SENSORES DE TURBIDEZ

Los sensores de turbidez aportan una informacin rpida y prctica de la cantidad relativa de slidos suspendidos en el agua u otros lquidos. La medicin de la conductividad da una medicin relativa de la concentracin inica de un lquido dado.

2.1.3.10 SENSORES MAGNTICOS

Los sensores magnticos se basan en la tecnologa magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brjulas, control remoto de vehculos, deteccin de vehculos, realidad virtual, sensores de posicin, sistemas de seguridad e instrumentacin mdica.

2.1.4 APLICACIN

2.1.4.1 DOMSTICAS

Para aplicaciones domsticas, los sensores se utilizan en electrodomsticos de lnea blanca tales como hornos microondas, por ejemplo, para permitir la medicin de la distribucin de la temperatura en el interior. Estos dispositivos se usan tambin en el control climtico de la casa para detectar oscilaciones de la temperatura en un local. Este planteamiento permite que el sistema de climatizacin reaccione antes que la temperatura del local vare. Los sensores tambin se pueden utilizar como sensores de gas.

2.1.4.2 CIENCIAS MDICAS Y BIOLGICAS

Una tendencia en el diagnstico mdico es desarrollar nuevos mtodos de diagnstico no invasores. Los sensores ofrecen una solucin para ciertos procedimientos de reconocimiento, por ejemplo, los de mama y de msculos.Otra aplicacin mdica para los sensores es la medicin instantnea de la temperatura del cuerpo, es decir, como un termmetro remoto.

2.1.4.3 SEGURIDAD AREA Y TERRITORIAL

Los sensores estn siendo utilizada por las fuerzas armadas. Los sistemas infrarrojos de monitorizacin del campo, tanto fijos como porttiles, sustituyen cada vez ms a los sistemas refrigerados por su reducido consumo de energa.

2.1.4.4 AUTOMOVILISMO

En la industria automovilstica, los sensores se usan en el campo de la seguridad y el confort en la conduccin. Monitorizacin del trfico y carreteras, sistemas antiniebla, de los neumticos y frenos, mejoras de la visin del conductor y deteccin de los ocupantes sentados para la activacin de airbags inteligentes son algunas de las aplicaciones anteriores, por su banda el control de la temperatura de la cabina y la monitorizacin de la calidad del aire constituyen las ms recientes.

2.2 TRANSMISOR

2.2.1 DEFINICINLos transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o combinacin de estos.

2.2.2 DESCRIPCIN

En todo proceso es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presin, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocio, etc. Los instrumentos de medicin y control permiten el mantenimiento y la regulacin de estas constantes en condiciones ms idneas que las que el propio operador podra realizar. Un transmisor recibe la seal del sensor y la transmite hacia una unidad remota.

Existen varios tipos de seales de transmisin: neumticas, electrnicos, hidrulicas, digitales y telemtricas. Las ms usadas en la industria son las neumticas, las hidrulicas se utilizan ocasionalmente cuando se necesita una gran potencia y las seales telemtricas se emplean cuando hay una distancia de varios kilmetros entre el trasmisor y el receptor.

Los transmisores neumticos generan una seal neumtica variable linealmente de 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) para el campo de medida de 0-100% de la variable. Esta seal est normalizada por la SAMA, (Scientific Apparatus Makers Association), Asociacin de fabricantes de instrumentos y ha sido adoptada en Genaro por los fabricantes de transmisores y controladores neumticos en EEUU.

2.2.3 TIPOS

2.2.3.1 TRANSMISORES NEUMTICOS

Un transmisor neumtico es un dispositivo mecnico que convierte un desplazamiento mecnico en variaciones proporcionales de presin.Se utiliza para convertir una medida de cierta magnitud en una seal neumtica representativa de esta medida y transmitirla a una cierta distancia a un elemento medidor, registrador o un controlador.

En el sistema de transmisin neumtica se utiliza aire como elemento trasmisor, la distinta presin de este, es proporcional a las variaciones de la magnitud que se miden.

El desplazamiento mecnico o seal de entrada al trasmisor la produce el elemento de medicin, en respuesta a un cambio de la variable del proceso.

Un sistema de transmisin consiste generalmente en: un elemento primario o detector de variaciones de la magnitud a medir. El elemento trasmisor, algunas veces lleva incorporado el elemento detector. El elemento receptor de las distintas magnitudes de la variable a medir (indicador, registrador, totalizador, etc)

2.2.3.2 TRANSMISORES ELECTRNICOS

Los transmisores electrnicos son generalmente de equilibrio de fuerzas, consiste en su forma ms sencilla de una barra rgida apoyada en un punto sobre la que actan dos fuerzas en equilibrio:

La fuerza ejercida por el elemento mecnico de medicin (tubo bourdon, espiral, fuelle, etc.) La fuerza electromagntica de una unidad magntica.El desequilibrio entre estas dos fuerzas da lugar a una variacin de posicin relativa de la barra, excitando un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia o un transformador diferencial. Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores alimenta una unidad magntica y la fuerza generada reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas. Se completa as un circuito de realimentacin variando la corriente de salida en forma proporcional al intervalo de la variable del proceso.

Estos instrumentos debido a su constitucin mecnica presentan un ajuste del cero y del alcance complicado y una alta sensibilidad a vibraciones. Su precisin es del orden del 0,5-1%.DETECTOR DE POSICIN DE INDUCTANCIAEl detector de posicin de inductancia est formado por dos piezas de ferrita, una en la barra y la otra fijada rgidamente en el chasis del trasmisor y contiene una bobina conecta al circuito oscilador. Cuando aumenta o disminuya el entrehierro disminuye o aumenta respectivamente la inductancia de la bobina detectora modulando la seal de la salida del oscilador.

2.2.3.3 TRANSMISORES HIDRALICOSInstrumento que capta el comportamiento de un fluido y lo trasmite. Estos transmisores se utilizan ocasionalmente cuando se requiere de gran potencia.Entre los cuales se encuentra el transmisor de fuelle.

TRANSMISOR DE FUELLE

2.2.3.4 TRANSMISORES DIGITALESExisten dos tipos de transmisores digitales: Tipo capacitivo:est basado en la variacin de capacidad que se produce en un condensador formado por dos placas fijas y un diafragma sensible interno unido a las mismas. La transmisin del proceso se realiza a travs de un fluido (aceite) que rellena el interior del condensador. Tipo semiconductor:aprovechan las propiedades elctricas de los semi conductores al ser sometido a tensiones. Estn construidos por una delgada pelcula de silicio y utiliza tcnicas de dopaje para generar una zona sensible a los esfuerzos, los transmisores tienen una seal de entrada de corriente (in) la cual es de 4-20MA, y neumtica de 3-15 PSI.

2.2.4 APLICACIN

2.2.4.1 LA MONITORIZACIN Y REGULACIN DE PRESIN CON INSTRUMENTOS ELECTRNICOS.

Las aplicaciones con transmisores son innumerables y se utilizan por ejemplo en la extraccin de agua potable en pozos o plantas desaladoras, instalaciones de refrigeracin, mquinas herramienta, etc.A pesar de esta variedad las aplicaciones pueden dividirse en tres categoras que son la monitorizacin de presiones lmites, la regulacin de presin o la medida indirecta de valores de proceso.

2.2.4.2 LA MONITORIZACIN DE PROCESOS

En este caso el instrumento debe emitir una seal si la presin actual traspasa un rango de presin crtico. Para esta funcin se utilizan los presostatos. Un transmisor de presin permite el control continuo de la presin de trabajo. Un ejemplo es la deteccin de fugas en sistemas de presin. Si la fuga provoca una reduccin de la presin por debajo de un valor ajustado (punto de ruptura), el presostato elctrico o el transmisor de presin emiten una seal para su deteccin. Para la ptima prevencin se requiere una precisin de medida elevada para asegurar la deteccin a tiempo. Otro ejemplo muy extendido es la monitorizacin de filtros. Con el incremento del grado de obturacin cambian las presiones delante y detrs del filtro. Un transmisor puede detectar esta modificacin y sealizar el mejor momento para sustituir el filtro.

2.2.4.3 REGULACIN DE LA PRESIN CONSTANTE

La presin constante es necesaria para el ptimo transporte de un fluido mediante bombas. Un transmisor de presin capta el valor real y lo transmite al regulador que comprueba la desviacin al valor nominal. El controlador de la bomba adapta su operativa en funcin de dicha desviacin para acercar el valor real al valor nominal. Este sistema permite una operativa con la mxima eficacia energtica ya que la potencia se adapta permanentemente a la demanda real.

2.2.4.4 REGULACIN DE LA PRESIN VARIABLE

La presin variable puede regularse y documentarse mediante un instrumento y un controlador electrnico. Un ejemplo tpico es la autofrettage, por ejemplo de tubera, que consiste en una sobrecarga de un factor mltiple de la presin admisible. Este sobrecarga provoca una plastificacin parcial y por lo tanto una compresin especificada del material de conduccin que permite una mayor resistencia a picos de presin. Esta aplicacin requiere una regulacin precisa de las variaciones de la presin y la documentacin fiable del mismo. En muchos casos se aplican repetidamente presiones de varios miles de bar con la mxima precisin.

2.3 CONTROLADOR

2.3.1 DEFINICIN

Uncontrolador PIDes un mecanismo de control porrealimentacinampliamente usado en sistemas de control industrial. Este calcula la desviacin o error entre un valor medido y un valor deseado.

2.3.2 DESCRIPCIN

Elalgoritmodel control PID consiste de tres parmetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional depende del error actual. El Integral depende de los errores pasados y el Derivativo es una prediccin de los errores futuros. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso por medio de un elemento de control como la posicin de una vlvula de control o la potencia suministrada a un calentador.Cuando no se tiene conocimiento del proceso, histricamente se ha considerado que el controlador PID es el controlador ms adecuado. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer una accin de control diseado para los requerimientos del proceso en especfico. La respuesta del controlador puede describirse en trminos de la respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador sobrepasa el punto de ajuste, y el grado de oscilacindel sistema. Ntese que el uso del PID para control no garantiza control ptimo del sistema o laestabilidaddel mismo.Algunas aplicaciones pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado tambin PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la accin derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la accin de control.

2.3.3 TIPOS

El tipo de control puede ser de tres tipos: analgico, digital e hbrido en funcin del tipo de la seal que use el detector de error.

2.3.3.1 CONTROLES O COMPUTADORES ANALGICOS.

Las variables estn representadas por ecuaciones con cantidades fsicas continuas. El proceso directo de la seal analgica est ligado al uso de amplificadores operacionales y sus propiedades.

2.3.3.2 CONTROLADORES O COMPUTADORES DIGITALES.

Funcionan con variables discontinuas codificadas, son utilizados generalmente para la resolucin de problemas referidos al funcionamiento ptimo global de una planta industrial, la toma de decisiones es una funcin inherente a los controladores digitales.

2.3.3.3 CONTROLADORES O COMPUTADORES ANALGICO-DIGITALES.

Son los denominados controladores hbridos, los controles de funcionamiento ms sofisticados suelen ser de este tipo, ya que es probable que tengan que procesar diversas seales de ambos tipos.

2.3.3.4 CONTROLADORES NEUMTICOS

De dos posiciones (todo o nada) Flotante Proporcional de tiempo variable (anticipatoria) Proporcional Proporcional + integral Proporcional +derivada Proporcional + integral + derivada

2.3.3.5 OTROS TIPOS DE CONTROL Control en cascada Control de relacin Control anticipativo Control de gama partida Control selectivo Control de procesos discontinuos Controladores no lineales

2.3.4 MODO DE OPERACIN

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso o sistema se necesita, al menos:

Un sensor, que determine el estado del sistema (termmetro,caudalmetro,manmetro, etc). Un controlador, que genere la seal que gobierna al actuador. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada (resistencia elctrica, motor, vlvula,bomba, etc).El sensor proporciona unaseal analgicaodigitalal controlador, la cual representa elpunto actualen el que se encuentra el proceso o sistema. La seal puede representar ese valor entensin elctrica,intensidad de corriente elctricaofrecuencia. En este ltimo caso la seal es decorriente alterna, a diferencia de los dos anteriores, que tambin pueden ser concorriente continua.El controlador lee una seal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta seal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la seal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la seal pueda ser entendida por un humano, habr que establecer algn tipo deinterfaz(HMI-Human Machine Interface), son pantallas de gran valor visual y fcil manejo que se usan para hacer ms intuitivo el control de un proceso.El controlador resta la seal de punto actual a la seal de punto de consigna, obteniendo as la seal de error, que determina en cada instante la diferencia que hay entre el valor deseado (consigna) y el valor medido. La seal de error es utilizada por cada uno de los 3 componentes del controlador PID. Las 3 seales sumadas, componen la seal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La seal resultante de la suma de estas tres se llamavariable manipuladay no se aplica directamente sobre el actuador, sino que debe ser transformada para ser compatible con el actuador utilizado.Las tres componentes de un controlador PID son: parteProporcional, accinIntegral y accinDerivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final, viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente. Se pretender lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mnimo tiempo posible los efectos de las perturbaciones.

2.3.5 APLICACIN

Algunas de las aplicaciones ms comunes son:

Lazos de Temperatura (Aire acondicionado, Calentadores, Refrigeradores, etc.) Lazos de Nivel (Nivel en tanques de lquidos como agua, lcteos, mezclas, crudo, etc.) Lazos de Presin (para mantener una presin predeterminada en tanques, tubos, recipientes, etc.) Lazos de Flujo (mantienen la cantidad de flujo dentro de una lnea o tubo).

Las principales aplicaciones del control a nivel industrial son:

Plantas de fabricacin. Industria de la energa elctrica. Industria de las telecomunicaciones. Industria de los hidrocarburos. Industrias qumicas y petroqumicas. Industria metalrgica y siderrgica. Sistema de transporte. Sector agroindustrial. Industria de procesamiento de alimentos. Industria automotriz. Entre otros.

2.4 ELEMENTOS DE CONTROL FINAL

2.4.1 DEFINICINLos elementos finales de control, conviertenlos comandos del sistema decontrol en acciones concretas para corregir elcomportamiento de lasvariables del proceso tecnolgico. Los elementos finales de control mshabituales son las vlvulas de control, que pueden ser autoaccionadas o controladas por un controlador a travs de un actuador.

2.4.2 DESCRIPCIN

El elemento final decontrol es aquel que finalmente modifica alguna caracterstica del proceso segn lo ordenado por elcontrolador. Dependiendo del tipo de proceso y de losobjetivos, se tienen una variedad deestos elementos. Desde dispositivos que reciben seales de control deltipo discreto hasta otros que actan regulando la variable de inters dentro de cierto rango como por ejemplo el flujo de un fluido a travs de una vlvula de control, la velocidad de un motor por medio de un variador develocidad o la temperatura de un hornoelctrico utilizando una resistencia calefactora.

2.4.3 VALVULAS DE CONTROL

En el controlautomticode los procesos industriales lavlvulade control juega un papel muy importante en el bucle de laregulacin. Realiza lafuncinde variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el caudal de la variable medida comportndosecomo un orificio dereacontinuamente variable. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento primario, eltransmisory el controlador.El cuerpo de lavlvulacontiene en su interior el obturador y los asientos y est provisto de de rosca o de bridas para conectar lavlvulaa latubera. El obturador es quien realiza lafuncinde paso del fluido y puede actuar en ladireccinde su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Esta unido a unvstagoque pasaa travsde la tapa del cuerpo y que es accionado por el servomotor.

2.4.4 TIPOS DE VLVULA DE CONTROL

Lasvlvulaspueden ser de varios tipos segn sea el diseo del cuerpo y el movimiento del obturador.Lasvlvulasde movimiento lineal en las que el obturador se mueve en ladireccin de su propio eje se clasifican como se especifica acontinuacin.

2.4.4.1 VLVULA DE GLOBO

Puede ser de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Lasvlvulasde simple asiento precisan de un actuador de mayor tamao para que el obturador cierre en contra de lapresindiferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando lapresindel fluido es baja y se precisa que las fugas enposicinde cierre seanmnimas. El cierre estanco se logra con obturadores provistos de una arandela detefln. En lavlvulade doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza de desequilibriodesarrolladapor lapresindiferenciala travs del obturador es menor que en lavlvulade simple asiento. Por este motivo se emplea envlvulasde gran tamao o bien cuando deba trabajarse con una alta presindiferencial. Enposicinde cierre las fugas son mayores que en unavlvula de simple asiento.

2.4.4.2 VLVULA DE NGULO

Estavlvulapermite tener un flujo de caudal regular si excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir laerosincuando esta es considerable por lascaractersticasdel fluido o bien por la excesivapresindiferencial. El diseo de lavlvulaesidneopara el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienenslidosen suspensin.Este tipo devlvulasse emplea generalmente para mezclar fluidos o bien para derivar de un flujo de entrada dos de salida, las vlvulasde tresvasintervienentpicamenteen el control de temperatura de intercambiadores de calor.

2.4.4.3 VLVULA DE JAULA

Consiste en un obturadorcilndricoque desliza en una jaula con orificios adecuados a lascaractersticasde caudal deseadas en la vlvula. Se caracterizan por elfcildesmontaje del obturador y porque este puede incorporar orificios que permiten eliminar prcticamenteel desequilibrio de fuerzas producido por lapresindiferencial favoreciendo la estabilidad y el funcionamiento.

Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea envlvulasde gran tamao o bien cuando deba trabajarse con una alta presindiferencial. Como el obturador esta contenido dentro de la jaula, lavlvulaes muy resistente a las vibraciones o al desgaste. Por otro lado, el obturador puededisponerde aros deteflnque, con lavlvulaenposicincerrada, asientan contra la jaula y permitenasun cierrehermtico.

2.4.4.4. VLVULA DE COMPUERTA

Estavlvulaefectasu cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por sudisposicines adecuada generalmente para el control todo-nada, ya que enposicionesintermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo del fluido cuando est enposicinde apertura total.

2.4.4.5 VLVULA EN Y

Es adecuada comovlvulade cierre y de control. Comovlvulatodo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como vlvulade control presenta una gran capacidad de caudal.Posee unacaractersticadeauto drenajecuando est instalada inclinada con un ciertoAngulo. Se emplea usualmente en instalacionescriognicas.

2.4.4.6 VLVULA DE CUERPO PARTIDO

Estavlvulaes unamodificacinde lavlvulade globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales est presionado el asiento. Estadisposicinpermite unafcilsustitucindel asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espaciosmuertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria.

2.4.4.7 VLVULA DE SAUNDERS

En estavlvula, el obturadores una membrana flexible quea travsde unvstagounido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrandoasel paso del fluido. Lavlvulase caracteriza porque el cuerpo puede revestirsefcilmentede goma o plsticopara trabajar con fluidos agresivos.Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesosqumicos difciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendoslidosen suspensin.

2.4.4.8 VLVULAS DE COMPRESION

Funciona mediante elpensamientode dos o mselementosflexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que lasvlvulasde diafragma se caracteriza por que proporciona un ptimo control enposicinde cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros o corrosivos, viscosos o conteniendoslidosensuspensin.

2.4.4.9 VLVULA DE OBTURADOR EXCNTRICO ROTATIVO

Consiste en un obturador de superficieesfricaque tiene un movimientoexcntricorotativo y que est unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles.El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por unvstagoconectado a un servomotor. El par de este es reducido gracias al movimientoexcntricode de la caraesfricadel obturador.Lavlvulapuede tener un cierre estanco mediante aros deteflndispuestos en el asiento y se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a lasvlvulasmariposa y de bola y por su elevada perdida de carga admisible.

2.4.4.10 VLVULA DE OBTURADOR CILINDRICO EXCNTRICO

Tiene un obturadorcilndricoexcntricoque asienta contra un cuerpocilndrico. El cierrehermticose logra con unrevestimiento de goma oteflnen la cara del cuerpo donde asienta el obturador. Lavlvulaes de bajo coste y tiene una capacidad relativamente alta. Es adecuada para fluidos corrosivos, ylquidosviscosos o conteniendoslidosensuspensin.

2.4.4.11 VLVULA DE ORIFICIO AJUSTABLE

El obturado de esta vlvula consiste en una camisa de formacilndricaque esta perforada con dos orificios, uno denitraday uno de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. El giro del obturador tapa parcial o totalmente las entradas y salidas de la vlvula controlandoasel caudal. La vlvula incorporaademsuna tejedera cilndricaque puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento exterior. La tejedera puedeas fijarse manualmente en una posicin determinada para limitar el caudalmximo.La vlvula es adecuada en los casos en que hay que ajustar manualmente el caudalmximodel fluido, cuando el caudal puede variar entre lmites amplios de forma intermitente o continua y cuando no se requiere un cierrehermtico. Se utiliza para combustiblesganososolquidos, vapor, aire comprimido ylquidosen general.

2.4.4.12 VLVULA DE FLUJO AXIAL

Consisten en un diafragma accionado reumticamente que mueve unpistn, el cual a su vez comprime un fluidohidrulicocontra un obturador formado por un material elastmero. De este modo el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo de vlvulas se emplea para gases y es especialmente silencioso.

2.4.5 APLICACIN

2.4.5.1 VLVULAS HIDRULICAS DE CONTROL DIRECCIONAL:

Estas vlvulas manejan principalmente la ruta y ladesviacin de una corriente de fluido,incluyendo el arranque y el paro, sin afectar el nivel depresin o el gasto del flujo. Las vlvulas para controlar la direccin del movimiento de un cilindro o de un motor de aire o hidrulico tienen 3 vas, 4 vas oa veces 5 vas. 2.4.5.2 VLVULAS HIDRULICAS DE CONTROL DE FLUJO:

Estas vlvulas regulan la cantidad de flujo del fluido. El mtodo mscomn para controlar la velocidad de viajedel pistn de un cilindro esregulando el volumen de fluido que fluye fuera del cilindro.

2.4.5.3 VLVULAS HIDRULICAS DE CONTROL DE PRESIN (VLVULAS DE ALIVIO):

Las vlvulas de control de presin controlan el mximo del nivel de presin, ya sea en lalnea de la bomba o enalguna de las lneas de conexin. Las vlvulas de alivio limitan el nivel de presin mxima a la cual sele permite al circuito elevarse. Se mantiene cerrada durante los periodos de operacin cuando la presin esmenor que lo mximo permitido al circuito, pero se abre para darle una ruta de escapeal aceite para descargarse de regreso al depsito de aceite si la presin se eleva demasiado alto debido a una sobrecarga que se crea en elsistema.

2.4.5.4 VLVULAS HIDRULICAS SELECTORAS DE FLUJO:

Este tipo de vlvulas permiten que una bomba suministre a dos circuitos separados, distribuyendo el flujo segn sedesee entre una ruta del flujo u otra

2.4.5.5 VLVULAS HIDRULICAS DIVISORAS DE FLUJO:

Las vlvulas divisoras de flujo pueden ser usadas en aplicaciones en donde dos circuitos van a ser suministrados con la misma bomba as como sistemas de direccin asistida. En marcha el flujo de aceite suministrado a la parte de entrada es dividido en dos flujos, el flujo prioritario y el flujo de excedente.

2.4.5.6 VLVULAS HIDRULICAS CHECK:

Esta vlvula asegura al cilindro ensu posicin cuando una vlvula direccional est en suposicin neutral. La vlvula Checkpermite el flujo en una sola direccin, con esto el cilindro no semueve de la posicin en que fue dejado y se previenen accidentes, como la cada dela carga o contra presin por el peso que tiene.

2.4.5.7 OTRAS APLICACIONESPlantas de proceso qumico.Proceso en plantas de bebidas, cerveceras, refrescos, vitivincolas, etc.Lneas de conduccin de agua de riego, potable y tratadas.

Estaciones de bombeo, de riego, potable y tratadas.Plantas siderrgicas, mineras, sistemas aire acondicionado. Sistemas de vaco.Plantas de proceso de aguas industriales.

Plantas generadoras de energa elctrica.Plantas de proceso petroqumico.Proceso en plantas alimenticias.

III. CONCLUSIN

Se concluye que un sistema de control automtico comprende el desarrollo de un proceso que cuenta con cuatro elementos bsicos como son el sensor, transmisor, controlador y por un elemento de control final, las mismas que condicionan la calidad del producto, productividad y seguridad.

IV. BIBLIOGRAFA

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