PLANTA. Una planta es un equipo, quizá simplemente un juego de piezas de una máquina,
PROCESO. una operación es una operación voluntaria o artificial progresivamente continua, que consiste en una serie de acciones controladas o movimientos dirigidos sistemáticamente hacia determinado resultado o fin.
SISTEMAS. Es la combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumple determinado objetivo.
SISTEMA DE PROCESOS QUÍMICOS . Es un conjunto de procesos físicos y químicos ínter relacionados y medios físicos qué que lo implementan. Todo sistema de proceso tiene entradas y salidas. Entradas puede ser materia prima, temperatura, concentración etc.
Proceso de Calentamiento de un Líquido
VARIABLES Las variables de entrada y salida del proceso son de diferentes tipos:
QUE ES VARIABLE CONTROLADA. Es la cantidad o condición que se mide y controla. Normalmente la variable controlada Es la es la salida del sistema si stema y cambia con el progreso del proceso. Por Ejemplo: -
La Temperatura de salida de la corriente de proceso en el calentador
-
La Composición de salida en un sistema de reacción.
QUE ES VARIABLE MANIPULADA.
Es la cantidad o condición modificada por el controlador a fin de afectar la variable controlada. Estas afectan el curso del proceso y pueden ser medidas y cambiadas a voluntad. Por Ejemplo: -
El caudal de vapor en el calentador
-
La Composición de entrada en un sistema de reacción.
PERTURBACIONES. Es una señal que tiende a afectar adversamente el valor de la salida del sistema. Estas afectan directamente el curso del proceso, pero no pueden ser cambiadas a voluntad. Por Ejemplo: -
Cambio repentino en el caudal de entrada en un sistema de reacción.
Las perturbaciones pueden ser: -
Perturbaciones Internas: Cuando se generan dentro del sistema
Perturbaciones Externas: Cuando se generan fuera del sistema y constituye una entrada.
VARIABLES INTERMEDIAS. Son variables relacionadas con el curso del proceso solo indirectamente. Por Ejemplo, la temperatura del vapor en el tanque de calentamiento o la temperatura del agua de enfriamiento en un sistema de reacción.
PARÁMETROS. Son las variables que toman un valor fijo durante el proceso. Por Ejemplo, la presión de operación en un reactor.
CONTROL. Significa medir el valor de la variable controlada del sistema y aplicar al sistema la variable manipulada para corregir o limitar la desviación del valor medido, respecto al valor deseado Todo proceso industrial es controlado básicamente por tres tipos de elementos EL TRANSMISOR (medidor o sensor) (TT), EL CONTROLADOR (TIC o TRC) y LA VÁLVULA O elemento final de control
SISTEMA DE CONTROL RETROALIMENTADO Como se ha visto anteriormente, el control retroalimentado es una operación que, en presencia de perturbaciones, tiende a reducir la difer encia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia, realizándolo sobre la base de esta diferencia. Aquí sólo se especifican las perturbaciones no previsibles, ya que las previsibles o conocidas siempre pueden compensarse dentro del sistema. Se denomina sistema de control retroalimentado a aquel que tiende a mantener una relación preestablecida entre la salida y alguna entrada de referencia, comparándolas y utilizando la diferencia como medio de control. Por ejemplo, el control de temperatura del tanque mezclador Midiendo la temperatura de salida del tanque y comparándola con
la temperatura de referencia (temperatura deseada), la válvula de entrada de vapor regula el flujo de éste aumentando o disminuyendo para mantener la te mperatura de la corriente de salida en el valor deseado.
SERVOSISTEMAS El servosistema (o servomecanismo) es un sistema de control retroalimentado en el que la salida es algún elemento mecánico, sea posición, velocidad o aceleración. Por tanto, los términos servosistema o sistema de control de posición, o de velocidad o de aceleración, son sinónimos. Estos servosistemas se utilizan ampliamente en la industria moderna. Por ejemplo, con el uso de servosistemas e instrucción programada se puede lograr la operación totalmente automática de máquinas herramientas. Nótese que a veces se denomina también servosistema a un sistema de control cuya salida debe seguir con exactitud una trayectoria determinada en el espacio (como la posición de una aeronave en el espacio en un aterrizaje automático). Los ejemplos incluyen el sistema de control de una mano de robot, en que la misma debe seguir una trayectoria determinada en el espacio al igual que una aeronave en el sistema de control de aterrizaje.
SISTEMA DE REGULACIÓN AUTOMÁTICA Un sistema de regulación automática es un sistema de control en el que la entrada de referencia o salida deseada son, o bien constantes o bien varían lentamente con el tiempo, y donde la tarea fundamental consiste en mantener la salida en el valor deseado a pesar de las perturbaciones presentes. Por ejemplo, los controles automáticos de presión y temperatura en un proceso químico.
SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS A un sistema de regulación automática en el que la salida es una variable como temperatura, presión, flujo, nivel de líquido o pH, se le denomina sistema de control de proceso. El control de procesos tiene amplia aplicación en la industria. En estos sistemas con frecuencia se usan controles programados, como el de la temperatura de un horno de calentamiento en que la temperatura del mismo se controla según un programa preestablecido. Por ejemplo, el programa preestablecido puede consistir en elevar la temperatura a determinado valor durante un intervalo de t iempo definido, y luego reducir a otra temperatura prefijada también durante un periodo predeterminado. En este control el punto de referencia se ajusta según el cronograma preestablecido. El controlador entonces funciona manteniendo la temperatura del horno cercana al punto de ajuste variable.
Sistema de control de temperatura (Ref. K. Ogata) En la Fig. 2.3, se puede apreciar el esquema para el control mediante una computadora de la temperatura en un horno eléctrico. La Temperatura en el interior del horno se mide con una Termocupla (Bimetálico), que es un dispositivo analógico. La Temperatura se convierte a un valor de temperatura digital, por un convertidor A/D y con esta se alimenta a un controlador a través de una interfaz con la finalidad de pasar la señal de voltaje a lenguaje de computadora (Código Binario). La Temperatura digital se compara con la temperatura de referencia es decir la temperatura de entrada programada; y ante cualquier discrepancia (Error), el controlador envía una señal al Calefactor, a través de un amplificador, y relevador, para llevar la temperatura del horno eléctrico al valor des eado, y obtener de esta manera una operación satisfactoria. El empleo de un amplificador es para aumentar la potencia puesto que generalmente los procesos se realizan en pequeños voltajes, bajas potencias. El relevador o interruptor recibe señal de la computadora si se enciende o se apaga; se apaga el relevador cuando obtenemos la temperatura deseada y permanece encendido mientras no se llegue al valor.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO: Con frecuencia se llama así a los sistemas de control retroalimentado. En la práctica, se utiliza indistintamente la denominación control retroalimentado (“feedback”) o control de lazo cerrado (“closed loop”). La señal de error actuante, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de retroalimentación (que puede ser la señal de salida o una función de la señal de salida y sus derivadas), entra al controlador para reducir el error y llevar la salida a un valor deseado. Esta retroalimentación se logra a través de la acción de un operador (control manual) o por medio de instrumentos (control automático). En el caso de control manual, para el ejemplo mostrado en la Fig. (1.1) el operador mide previamente la temperatura de salida; si esta es por ejemplo, inferior al valor deseado, aumenta la circulación de vapor abriendo levemente la válvula. Cuando se trata de control automático, se emplea un dispositivo sensible a la temperatura para producir una señal (eléctrica o neumática) proporcional a la temperatura medida. Esta señal se alimenta a un controlador que la compara con un valor deseado preestablecido o punto de ajuste (“set point”). Si existe una diferencia, el controlador cambia la abertura de la válvula de control de vapor para corregir la temperatura como se indica en la Fig. 2.4.
Sistema de control de lazo cerrado
Diagrama de bloques del sistema de control de lazo cerrado
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO Los sistemas en los que la salida no tiene efecto sobre la a cción de control, se denominan sistemas de control de lazo abierto (“open loop”). En otras palabras, en un sistema de control de lazo abierto la salida ni se mide ni se retroalimenta para compararla con la entrada. Un ejemplo práctico lo constituye una lavadora de ropa doméstica. El remojo, lavado y enjuague en la lavadora se cumplen por tiempos. La máquina no mide la señal de salida, es decir, la limpieza de la ropa.
Sistema de control de lazo abierto En cualquier sistema de control de lazo abierto, no se compara la salida con la entrada de referencia. Por tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación fija. Así, la precisión del sistema depende de la calibración. En presencia de perturbaciones, un sistema de control de lazo abierto solo se puede utilizar si la relación entre la entrada y la salida es conocida; y si no se presentan perturbaciones tanto internas como externas. Desde luego, tales sistemas no son sistemas de control retroalimentado, denominándose frecuentemente sistema de control de alimentación directa (“feed foward”). Nótese que cualquier sistema de control que funciona sobre la base de tiempos es un sistema de lazo abierto.
Diagrama de bloques del sistema de control de lazo abierto
El control de alimentación directa se está utilizando de una manera muy generalizada; sobre todo en el control por computadora. Los cambios en las variables de entrada al proceso se miden y compensan sin esperar a que un cambio en la variable controlada indique que ha ocurrido una alteración en las variables. El control de alimentación directa es muy útil también en casos en que la variable controlada final no se puede medir. En el ejemplo ilustrado en la Fig. 2.6, el controlador de alimentación directa tiene la capacidad de computar y utilizar el gasto medido de líquido de entrada y su temperatura, para calcular el gasto de vapor necesario para mantener la temperatura deseada en el líquido de salida.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO VERSUS DE LAZO ABIERTO Una ventaja del sistema de control de lazo cerrado es que el uso de la retroalimentación hace que la respuesta del sistema sea relativamente insensible a perturbaciones externas y a variaciones internas de parámetros del sistema. De este modo, es posible utilizar componentes relativamente imprecisos y económicos, y lograr la exactitud de control requerida en determinada planta, cosa que sería imposible en un control de lazo abierto. Desde el punto de vista de la estabilidad, en el sistema de control de lazo abierto la estabilidad es más fácil de lograr puesto que no constituye un problema importante. En cambio, en los sistemas de lazo cerrado, la estabilidad si es un problema importante, por su tendencia a sobrecorregir errores que pueden producir oscilaciones de amplitud constante o variable. Hay que puntualizar que para sistemas cuyas entradas son conocidas previamente y en los que no hay la presencia de perturbaciones, es recomendable utilizar el control de lazo abierto. Los sistemas de control de lazo cerrado tienen ventajas solamente si se presentan perturbaciones no previsibles o variaciones de componentes del sistema. Nótese que la potencia de salida determina parcialmente el costo, peso y tamaño de un sistema de control. La cantidad de componentes utilizados en un sistema de control de lazo cerrado es mayor a la correspondiente a un sistema de control de lazo abierto. Así, entonces, un sistema de control de lazo cerrado es generalmente de mayor costo y potencia. Para reducir la potencia requerida por un sistema, es conveniente usar sistema de lazo abierto. Por lo común resulta menos costosa una combinación adecuada de controles de retroalimentación y alimentación directa, lográndose un comportamiento general satisfactorio.
CONTROL COMBINADO DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO La respuesta que emite el controlador hacia la válvula de control es el resultado de solucionar una ecuación que relaciona las variables controlada y regulada, y se designa generalmente como el modelo de proceso. Es muy raro encontrar modelos y controladores perfectos, de manera que es más conveniente utilizar una combinación de control de retroalimentación y alimentación directa como muestra la Fig. 2.8. La configuración de un controlador que proporciona el punto de ajuste para otro controlador se conoce como control en cascada.
