INSTRUMENTACION INDUSTRIAL III by eKZRzAK

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									INSTRUMENTACION
  INDUSTRIAL III
   Ing. Ricardo Alonso
             INTRODUCCION
• CONTROL : OPERACIÓN PROCESOS Y PRODUCCION
PRODUCTOS EN ESPECIFICACION.

• EL CONTROLADOR POR EXCELENCIA ES EL HOMBRE ( CONTROL
MANUAL).

• LIMITACIONES FISIOLOGICAS IMPONEN AUTOMATIZACION.

• COSTOS CADA VEZ MAYORES DE OPERACIÓN.

• EL CONTROL AUTOMATICO SE CENTRA A LA OPTIMIZACION.
      EVOLUCION HISTORICA

• GRECIA ANTIGUA : HERON Y ARQUIMEDES.
• PUEBLO HEBREO : EL GOLAN.
• ROMA : MUY POCO DESARROLLO.
• FRANCIA : OBJETO DE JUEGOS Y DIVERSIONES.
• INGLATERA : APLICACIONES EN LAS MAQUINAS DE VAPOR.
• TELAR DE JAQCQUARD : CONTROL POR TARJETAS.
       EVOLUCION HISTORICA

• SEGUNDA GUERRA MUNDIAL : NECESIDAD DE AUTOMATISMOS
MILITARES ( PILOTO AUTOMATICO, ESPOLETA DE PROXIMIDAD,
TORPEDO ACUSTICO, ETC).

• CARRERA ARMAMENTISTA : CONTROLES PARA SISTEMAS
INTRINSECAMENTE INESTABLES, MISILES, ETC.

• JAPON : LOS ROBOTS Y LA INDUSTRIALIZACION.

• JAPON : TRENES Y AUTOS INTELIGENTES.
     LA AUTOMATIZACION EN
          VENEZUELA
• APLICACIÓN EN LA IPPCN
   • APLICACIONES EN SISTEMAS DE DESPACHO DE GAS.
   • APLICACIONES EN SISTEMAS DE OLEODUCTOS Y
   POLIDUCTOS.
• AUTOMATIZACION DEL SISTEMA ELECTRICO INTERCONECTADO
NACIONAL ( OPSIS ).
• EMPRESAS COMO HONEYWELL Y FOXBORO IMPLANTAN       SUS
CUARTELES LATINOAMERICANOS AQUÍ EN VENEZUELA.
• ULTIMA GENERACION : CONTROL AVANZADO MULTIVARIABLE Y
AUTOMATIZACION TOTAL DE UNA REFINERIA ( EL PALITO 1980 –
1997).
      CONCEPTOS BASICOS
• SISTEMA DE CONTROL REPRESENTA ENFOQUE SISTEMICO.

• COMPONENTES INDEPENDIENTES NO REALIZAN LA
  FUNCION DEL SISTEMA DEL CONTROL HASTA ESTAR
  INTEGRADOS.

• NO SOLO ES EL FACTOR FISICO, ES LA LOGICA IMPLICITA
  EN ELLA.

• EL SISTEMA MODERNAMENTE COMPARTE CAMPOS CON
  LA INFORMATICA.

• APOYO DE NUEVAS DISCIPLINAS : INVESTIGACION DE
  OPERACIONES, ETC.
             TERMINOLOGIA
•   VARIABLE CONTROLADA : VARIABLE CUYO VALOR SE DESEA
    MANTENER ESTABLE (PV)

•   VARIABLE MANIPULADA : AQUELLA VARIABLE DEL PROCESO
    QUE MANIPULA EL SISTEMA DE CONTROL A FIN DE
    MANTENER ESTABLE LA VARIABLE DE CONTROL.

•   CARGA : AQUELLA VARIABLE DE PROCESO LA CUAL AFECTA
    EL VALOR DE LA VARIABLE CONTROLADA Y NO PUEDE SER
    MANIPULADA POR EL SISTEMA DE CONTROL.

•   PERTURBACION : AGENTE FISICO, AJENO AL PROCESO Y
    ALEATORIA, LA CUAL AFECTA A LA VARIABLE
    CONTROLADA.
           TERMINOLOGIA
• PUNTO DE AJUSTE : ES EL VALOR ALREDEDOR DEL CUAL
  SE DESEA MANTENER LA VARIABLE CONTROLADA (SP)

• ERROR : DESVIACION DEL VALOR DE LA VARIABLE
  CONTROLADA CON RESPECTO AL PUNTO DE AJUSTE (E)

• ACCION DE CONTROL : SENTIDO EN EL CUAL SE MOVERA
  LA VARIABLE MANIPULADA A FIN DE CORREGIR
  CUALQUIER ERROR EN LA VARIABLE CONTROLADA.

• ELEMENTO FINAL DE CONTROL : DISPOSITIVO QUE RECIBE
  DIRECTAMENTE LA SEÑAL DEL CONTROLADOR Y ACTUA
  DIRECTAMENTE SOBRE EL PROCESO, ALTERANDO EL
  VALOR DE LA VARIABLE MANIPULADA.
           TERMINOLOGIA
• CONTROLADOR : DISPOSITIVO EN EL CUAL SE CALCULA
  UNA ACCION DE CONTROL EN FUNCION DE UN
  ALGORITMO Y LA SEÑAL DE ERROR.

• TRANSMISOR : DISPOSITIVO QUE TRASLADA UNA SEÑAL
  DE UNA FORMA A OTRA, ESTANDARIZANDOLA SEGÚN
  UNA ESCALA COMUN. ( SEÑAL ELECTRICA DE UNA
  TERMOCUPLA A PRESION EN EL RANGO DE 3 A 15 PSIG).

• PROCESO : SISTEMA OBJETO DEL SISTEMA DE CONTROL.
                        SEÑALES
SP              E                         Variable          PV
                        OP
                                          manipulada
                             ELEMENTO
                             FINAL
               CONTROLADOR                       PROCESO
                             DE
                             CONTROL




                             TRANSMISOR


                                                           Elemento
                                                           de medición

     PV estandarizada
   OBJETIVOS DEL CONTROL AUTOMATICO
• SE AUTOMATIZAN LOS PROCESOS POR :

   • SEGURIDAD PERSONAS E INSTALACIONES.

   • MANTENER PERFORMANCE

   • MANTENER CALIDAD.

   • INCREMENTAR PRODUCTIVIDAD

   • AHORRO DE RECURSOS.

   • REDUCIR FATIGA / INCREMENTAR PROFUNDIDAD Y AMPLITUD DEL
   CARGO.

• REDUCCION DE PERSONAL NUNCA HA JUSTIFICADO UN PROCESO DE
AUTOMATIZACION.
          PARADIGMA DEL CONTROL

• CONTROL TIPO RETROALIMENTACION : ENFOQUE NATURALEZA.

• SE COMPARA PERFORMANCE / CALIDAD VS. ESTANDAR
DESEADO.

• SE ACTUA SOBRE EL SISTEMA DE FORMA TAL QUE EL PARAMETRO
DE PERFORMANCE SEA LLEVADO AL ESTANDAR DESEADO.

• CONDICION BASICA : LA MANIPULACION DEL SISTEMA DEBE
INCIDIR DE MANERA SIGNIFICATIVA SOBRE EL PARAMETRO
CONTROLADO.
ESTRATEGIAS DE CONTROL
( Control por retroalimentación)
   SOFISTICACION DEL CONTROL
    POR RETROALIMENTACION
• CONTROL POR CASCADA : CONTROL DE SISTEMAS DE ALTA
INERCIA MANIPULANDO VARIABLES MUY RAPIDAS Y CON
RUIDOSAS.

• CONTROL SELECTIVO : CONTROL SECUENCIAL DE UN PROCESO
POR MANEJO DE VARIABLES RESTRICTIVAS.

• CONTROL POR RELACION : FLUJO GAS EN CALDERAS Y HORNOS.

• CONTROL FEEDBACK ADAPTATIVO.
           PERTURBACIONES




Inclusión de una perturbación d en un lazo de control
por retroalimentación.
           OTROS ENFOQUES

• CONTROL TIPO FEED FORWARD SE ANTICIPA A LOS CAMBIOS AL
REACCIONAR A CAMBIOS EN LAS PERTURBACIONES.

• CONTROL PREDICTIVO : SE APLICA A PROCESOS CON TIEMPOS
MUERTOS MUY ELEVADOS.

• CONTROLES ADAPTATIVOS : APLICABLES A SISTEMAS NO
LINEALES (FUZZY LOGIC / NEUROFUZZY / NEURAL NETS ).

• CONTROL MULTIVARIABLE.

• CONTROL ROBUSTO : AJUSTAR AGRESIVIDAD PARA MINIMIZAR
EFECTO DE PERTURBACIONES.
CONTROL TIPO FEEDFORWARD
CONTROL PREDICTIVO
CONTROL POR LOTES
            CONTROL PREDICTIVO
                                             I/P
                                     FY
CONTROL POR ACCION                   11            FV
                                                   11
  PRECALCULADA
                                                         VAPOR



                                           S-1
                     TIC             V-2
                                                   TT
TT     FT            10                            10
11     11


                                                   P-1




                           E-1




                                 T
                    NORMAS ISA

• ISA : INSTRUMENTATION SOCIETY OF AMERICA.


• NORMAS APLICADAS EN LA ELABORACION DE LOS DTI.


• DTI : DIAGRAMAS DE TUBERIA E INSTRUMENTACION.


• REPRESENTACION ICONOGRAFICA DE LOS EQUIPOS, TUBERIAS
DE CONEXIÓN E INSTRUMENTACION ( LAZOS DE CONTROL ) EN
DICHOS EQUIPOS Y TUBERIAS.


• NEXO COMUN ENTRE INGENIEROS DE PROCESO E
INSTRUMENTISTAS.
                             NORMAS ISA
                                                          Función    Función      Letra
Letra   Primera posición   Modificador primera posición   Lectura      De          De
                                                           Pasiva     Salida   Modificación

 A          Análisis                    -                 Alarma        -           -


 B       Detector llama                 -                    -          -           -


 C       Conductividad                  -                    -       Control        -


 D         Densidad                Diferencial               -          -           -


 E          Tensión                     -                 Elemento      -           -
                                                          Primario
 F           Flujo                  Relación                 -          -


 G          Calibre                     -                 Visor de      -           -
                                                           Vidrio
 H          Manual                      -                    -          -          Alto
                           NORMAS ISA
                                                           Función     Función       Letra
Letra   Primera posición   Modificador primera posición    Lectura       De           De
                                                            Pasiva      Salida    Modificación
  I        Intensidad                   -                 Indicación      -            -

  J        Potencia                Exploración                -           -            -


 K          Tiempo                      -                     -        Estación        -
                                                                          De
                                                                       Control
 L           Nivel                      -                    Luz          -          Bajo
                                                            Piloto
 M         Humedad                      -                     -           -          Medio


 N             -                        -                     -           -


 O             -                        -                  Orificio       -            -


 P          Presión                     -                 Punto de        -            -
                                                           Prueba
                           NORMAS ISA
                                                            Función       Función         Letra
Letra   Primera posición   Modificador primera posición     Lectura         De             De
                                                             Pasiva        Salida      Modificación
 Q         Cantidad                Integración                 -              -             -

 R         Radiación                    -                   Registro          -             -


 S        Velocidad                 Seguridad                  -         Interruptor        -
          Frecuencia
 T        Temperatura                   -                      -         Transmisor         -


 U       Multivariable                  -                 Multifunción   Multifunció   Multifunción
                                                                              n

 V        Viscosidad                    -                      -              -             -


 W           Peso                       -                    Vaina            -             -
            Fuerza
 Y             -                        -                      -            Rele            -
                                                                          Computo
                           NORMAS ISA
                                                          Función   Función       Letra
Letra   Primera posición   Modificador primera posición   Lectura     De           De
                                                           Pasiva    Salida    Modificación
 Z         Posición                     -                    -      Elemento        -
                                                                      Final
                                                                       De
                                                                     Control
                                SEÑALES
                                  Enlace mecánico


                                  Señal neumática


x   x   x   x   x   x   x   x     Señal eléctrica


x   x   x   x   x   x   x   x     Tubo capilar


L   L   L   L   L   L   L   L     Señal hidráulica


                                  Señal inalámbrica
     ALIMENTACION SEÑALES

AS       Alimentación con aire de instrumentos.
ES       Alimentación eléctrica.
GS       Alimentación con gas.
HS       Alimentación hidráulica.
NS       Alimentación con Nitrógeno.
SS       Alimentación con vapor.
WS       Alimentación con aire.
                SIMBOLOS GENERALES
                I-1
                                                                            I-3
                                                   I-2




   INSTRUMENTO                         INSTRUMENTO MONTADO     INSTRUMENTO MONTADO
MONTADO LOCALMENT                            EN PANEL            DETRÁS DE UN PANEL




                                                                      I-8          I-9
                      I-4             I-6                I-7
   I-5




                                                                   INSTRUMENTO DOBLE
 IINSTRUMENTO DOBLE                 INSTRUMENTO DOBLE
                                                                   MONTADO DETRÁS DE
MONTADO EN UN PANEL                MONTADO LOCALMENTE
                                                                        UN PANEL




                                                                     I-13
                                            I-12
         I-10               I-11




                                    INSTRUMENTO EN UN          INSTRUMENTO EN UN
  INSTRUMENTO DOBLE                        DCS                        PLC
 MONTADO EN UN PANEL
  SIMBOLOS DE VALVULAS

                                                        V-3



 VALVULA DE COMPUERTA     VALVULA DE GLOBO
                                   V-2         VALVULA DE RETENCION




                                       V-6
                                               VALVULA DE MARIPOSA
                                                         V-10

 VALVULA DE CONTROL
          V-4
                          VALVULA BRIDADA
    CON ACTUADOR




                V-7                                           V-9
                                 V-8




VALVULA DE SEGURIDAD    VALVULA DE TRES VIAS     VALVULA MOTORIZADA
     SIMBOLOS ESPECIALES
    VALVULAS DE CONTROL



         FO                       FC
                                  V-4
          V-4


VALVULA FALLA ABIERTA   VALVULA FALLA CERRADA
VALVULA AIRE PARA       VALVULA AIRE PARA ABRIR
CERRAR
APLICACIÓN ESTANDAR ISA
  PIC            PY
  01             01
                        PV
                        01
                  S-1




  PT
  01
                 V-1




        E-1
         SENSORES ESPECIALES

• SENSOR ES LA FORMA QUE TIENE UN SISTEMA
  DE CONTROL DE CAPTAR LO QUE PASA EN SU
  ENTORNO.

• PERMITE VER LAS VARIABLES CONTROLADAS Y
  PERTURBACIONES.

• VISUALIZAR LOS VALORES DE LA VARIABLE
  MANIPULADA.

• DETECCION DE LA POSICION DE LOS
  CONTROLADORES.
              SENSORES ESPECIALES
•   GENERALMENTE LOS SENSORES SE DIVIDEN EN :

    – SENSORES DE MEDICION.

        • VARIABLES FISICOQUIMICAS ( PRESION, TEMPERATURA,
          FLUJO , ETC).
        • VARIABLES ELECTRICAS ( VOLTAJE, INTENSIDAD, POTENCIA,
          ETC).
        • VARIABLES FISICAS ( PESO, FUERZA, ACELEARACION, ETC.).
        • VARABLES QUIMICAS ( COMPOSICION, PH, CONDUCTIVIDAD).

    – SENSORES DE DETECCION

        • POSICION
        • FINAL DE CARRERA
        • ROTACION Y DESPLAZAMIENTO.
           SENSORES ESPECIALES

• SENSORES CLASICOS :

  –   PRESION
  –   TEMPERATURA
  –   FLUJO
  –   INTENSIDAD, VOLTAJE Y POTENCIA
  –   PESO, FUERZA Y ACELERACION.


• SENSORES ESPECIALES

  – EL MAS COMUN SON LOS ANALIZADORES EN LINEA.
         MEDICION CLASICA

• PRESION : MANOMETROS, PRESOSTATOS,
  PIEZOMETROS.
• TEMPERATURA : TERMOPARES, TERMOMETROS
  RELLENOS CON FLUIDO, TERMOMETROS
  BIMETALICOS.
• FLUJO : PLACA DE ORIFICIO, VENTURI,
  TURBINAS, ROTAMETROS.
• VOLTAJE, INTENSIDAD POTENCIA :
  GALVANOMETRO, PUENTES DE WEAHSTONE,
  CONTADORES..
           ANALIZADORES EN LINEA
• PERMITEN MEDIR CARACTERISTICAS FISICOQUIMICAS DE
  PROCESOS QUIMICOS.

• VARIABLES MEDIDAS:

   – COMPOSICION : CROMATOGRAFOS DE GASES, ANALIZADORES I/R.

   – CONDUCTIVIDAD ELECTRICA : CONDUCTIMETRO.

   – ACIDEZ / BASICIDAD : PH-METRO.

   – VISCOSIDAD : VISCOSIMETROS EN LINEA.

   – GRAVEDAD ESPECIFICA : DENSIMETROS / GRAVIMETROS.
         ANALIZADORES EN LINEA
• LOS ANALIZADORES EN LINEA PERMITEN MEDIR ESTE
  PARAMETRO SIN:

   – TENER QUE LLEVAR UNA MUESTRA A LABORATORIO Y
     ESPERAR TIEMPOS LARGOS PARA OBTENER
     RESULTADOS.

   – PERMITE CERRAR EL LAZO DE CONTROL SIN LAS
     DEMORAS DE UN ANALISIS DE LABORATORIO.

   – DETECCION DE DESVIACIONES DE CALIDAD ENTRE
     MUESTREOS RUTINARIOS POR CONTROL DE CALIDAD.

   – PERMITEN EL LOGRO DEL ASEGURAMIENTO DE CALIDAD
         ANALIZADORES EN LINEA
• PRESENTA LOS PROBLEMAS SIGUIENTES :

  – REQUIEREN DE MANO DE OBRA ESPECIALIZADA PARA SU
    MANTENIMIENTO Y AJUSTE.

  – NO ELIMINA LA NECESIDAD DE MANTENER UN
    LABORATORIO DE CONTROL DE CALIDAD. SE REQUIERE
    EL MISMO PARA RECALIBRACION DEL INSTRUMENTO.

  – SE REQUIERE DE MANTENIMIENTO Y AJUSTE
    CONSTANTE.

  – INGENIEROS ESPECIALIZADOS PARA SU ESPECIFICACION
    Y SELECCIÓN. INCLUYE SISTEMA DE PREPARACIOON DE
    MUESTRAS.
         ANALIZADORES EN LINEA
• PRESENTA LOS PROBLEMAS SIGUIENTES :

  – ALTA INVERSION INICIAL Y COSTOS SIGNIFICATIVOS DE
    MANTENIMIENTO.

  – SI EXISTEN TIEMPOS MUERTOS MUY ALTOS EN EL LAZO
    DE CONTROL, EL ANALIZADOR TIENE MUY APLICACIÓN EN
    EL SISTEMA DE CONTROL.

  – EN ESTE CASO SE REQUIERE DE CONTROL POR ACCION
    PRECALCULADA , CON ANALIZADOR VIRTUAL.

  – EL ANALIZADOR REAL SIRVE PARA RECALIBRAR EL
    ANALIZADOR VIRTUAL.
               CROMATOGRAFO DE GASES


  Se coloca una muestra al inicio de una columna con un relleno




Se inyecta un gas de arrastre inerte (N2) el cual mueve la muestra




Al arrastrar el gas, cada componente es absorbido con diferente fuerza




Los mas fuertemente absorbidos son los últimos en salir
              CROMATOGRAFO DE GASES


El primero en salir es quemado en un quemador, lo cual produce un cambio
En la llama, cuya ocurrencia e intensidad es característica del compuesto
Químico, la columna y la cantidad del componente en la mezcla


                              Quemador          Detector




                                               Integrador
CROMATOGRAFO DE GASES
                 El primer componente presenta un área
                 bajo la curva mayor que el de los demás
                 Componentes. Esto indica que es el com-
                 ponente que esta en mayor proporción en
                 la mezcla.




Tiempo desde el inicio de inyección del gas de arrastre
           ANALIZADOR INFRAROJO
                               Cámara de muestra
Detector
de IR




            Lente de                    Lente de Emisor de
            enfoque                     enfoque IR


                       Muestra circulante
        UBICACIÓN EN EL PROCESO



                         Válvula de control



Instrumento comparador
        PRINCIPIO FUNCIONAMIENTO
• EL ANALIZADOR IR OPERA BAJO EL PRINCIPIO DE QUE LOS
  PRODUCTOS QUIMICOS ABSORBEN RADIACION INFRAROJA.

• DICHA ABSORCION DEPENDE DE LA COMPOSICION DEL
  FLUIDO.

• SE ANALIZA LA INTENSIDAD IR DEL RAYO EN LA FUENTE CON
  LA INTENSIDAD IR DEL RAYO EN EL DETECTOR.

• LA DIFEFERENCIA ES PROPORCIONAL A LA CONCENTRACION
  DEL COMPUESTO EN LA MUESTRA.

• LA MUESTRA ES INYECTADA EN LA CAMARA DE MUESTRA
  POR MEDIO DE UN SISTEMA DE VALVULAS CONECTADAS A UN
  TEMPORIZADOR.
    MEDICION DE CONDUCTIVIDAD

• TODA SOLUCION QUIMICA EN AGUA PERMITE LA
  CONDUCCION DE LA ELECTRCIDAD.

• DICHOS SÓLIDOS, AL DISOLVERSE, FORMAN
  CATIONES Y ANIONES, CONDUCTORES DE
  ELECTRICIDAD.

• UNA MAYOR CONCENTRACION DE SÓLIDOS
  IMPLICA MAYOR CAPACIDAD DE CONDUCIR LA
  ELECTRICIDAD, LO QUE SE OBSERVA COMO UN
  INCREMENTO DE LA CONDUCTIVIDAD.
     MEDICION DE CONDUCTIVIDAD

• UN INCREMENTO DE LA CONDUCTIVIDAD
  EQUIVALE A UN DECREMENTO DE LA RESISTENCIA
  ELECTRICA.

• ES POSIBLE MEDIR LA CONDUCTIVIDAD CON UN
  OHMIOMETRO O UN PUNTE DE WEAHSTONE.

• LA CONDUCTIVIDAD SE USA MUCHO EN EL
  CONTROL DE PROCESOS DE FABRICACION DE
  ALIMENTOS Y TRATAMIENTO DE EFLUENTES Y
  AGUAS DE CONSUMO.
           MEDICION DE CONDUCTIVIDAD

       Resistencia
       de ajuste
                              R1



                          G
d.c. (-)                                        d.c. (+)


                     R2
                                   Recipiente de
                                   muestra del fluido
                   MEDICION DE pH
•   SE DEFINE COMO pH A LA ACIDEZ DE UNA SOLUCION ACUOSA.

•   ES CALCULADA COMO –LOG( [H+])

•   EN EL AGUA NEUTRA ( NI ACIDA NI BASICA) LA CONCENTRACION
    DE H+ ES 1X10-7.

•   EN EL AGUA BASICA, ESTA CONCENTRACION ESTA POR DEBAJO
    DE ESTO ( < 1X10-7 ).

•   EN EL AGUA ACIDA ESTA POR ENCIMA DE ESTA
    CONCENTRACION.

•   EL pH ACIDO ESTA EN EL RANGO DE 0 A 7 Y EL BASICO EN EL
    RANGO DE 7 A 14.
              MEDICION DEL pH
• EL pH SE MIDE USANDO EL MISMO PRINCIPIO DE LA
  CONDUCTIVIDAD.

• LA DIFERENCIA ES EL USO DE UN ELECTRODO DE
  PLATA/HIDROGENO EL CUAL HACE SENSIBLE AL
  CONDUCTIMETRO A LA CONCENTRACION DE H+.

• EL pH SE USA EN LAS INDUSTRIAS DE ALIMENTO,
  TRATAMIENTO DE EFLUENTES Y TRATAMIENTO DE AGUAS DE
  CONSUMO.

• ASIMISMO ES IMPORTANTE PARA EL CONTROL DE CORROSION
  EN LA INDUSTRIA QUIMICA Y LOS SISTEMAS DE GENERACION
  DE VAPOR.
      ANALIZADORES VIRTUALES

• FORMA DE OBVIAR LOS PROBLEMAS
  INHERENTES A LOS ANALIZADORES EN LINEA.

• CORRELACIONA LAS CONDICIONES
  OPERACIONALES CON DETERMINADA CALIDAD
  DEL PROCESO.

• EVITA EL TIEMPO DE DEMORA EXISTENTE CON
  LOS ANALIZADORES EN LINEA.
      ANALIZADORES VIRTUALES
• SU PRINCIPAL PROBLEMA RADICA EN QUE DICHAS
  CORRELACIONES SON DIFICILES DE LOGRAR Y
  COSTOSAS.

• DICHA DIFICULTA SE INCREMENTE SI SE
  CONSIDERA QUE DICHA CORRELACION CAMBIA
  POR CAMBIOS EN :

  • TECNOLOGIA.
  • ENVEJECIMIENTO DE EQUIPOS,
    CATALIZADORES.
  • CAMBIOS EN LA MATERIA PRIMA E INSUMOS.
      ANALIZADORES VIRTUALES

• ESTOS INCONVENIENTE PUEDEN SER OBVIADOS
  GRACIAS A LAS REDES NEURONALES.

• ACTUAN DE MANERA SIMILAR A LAS REDES
  NEURONALES DEL CEREBRO HUMANO.

• PUEDEN RECONOCER PATRONES EN LA DATA Y
  APRENDER ( ENTRENAR SINAPSIS ) ESOS
  PATRONES.

• SI LOS PATRONES CAMBIAS, SE PUEDE
  REENTRENAR EL ANALIZADOR EN LINEA.
LAZO DE CONTROL CON ANALIZADOR EN LINEA




        P-1                              P-6




                                               Analizador de impurezas
                                   AT




                                         S-1



                                                      CIC




                                                            S-2




        P-2




                                   P-8                            Vapo de agua




                                                      V-1
                       E-2




                             P-4




      E-1
LAZO DE CONTROL CON ANALIZADOR EN
              LINEA

• EN ESTE CASO, EL CONTROL DEL VAPOR DE
  DESPOJAMIENTO VIENE CONTROLADO POR LA
  COMPOSICION DE COMPONENTE PESADO EN EL TOPE DE
  LA COLUMNA.

• SIN EMBARGO, ESTA TORRE TIENE 100 MTS DE ALTO Y 3 DE
  DIAMETRO. EL TIEMPO QUE MEDIA ENTRE UN CAMBIO EN
  EL VAPOR DE DESPOJAMIENTO Y LA OBSERVACION DE UN
  INICIO DE CAMBIO EN LA COMPOSICION DEL TOPE ES DE
  CASI 8 HORAS.

• DICHO CONTROL ES BASICAMENTE IMPOSIBLE DADO EL
  TIEMPO MUERTO
LAZO DE CONTROL CON ANALIZADOR VIRTUAL
          P-1




                      S-4




      P-1




                                                                CIC

                S-7



                            I-3




                                                                      S-2



                                  S-3
                                  S-5




      P-2




                                                    P-8   P-8               Vapo de agua




                                                                V-1
                                        E-2




                                              P-4




    E-1
   LAZO DE CONTROL CON ANALIZADOR
               VIRTUAL
• EN ESTE CASO EL ANALIZADOR EN LINEA ES UNA CAJA QUE
  ES UN CALCULO EN UNA COMPUTADORA, LA CUAL SE
  ALIMENTA DE CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA TORRE.

• EN NUESTRO CASO, EL CALCULO VE LA PRESION DEL TOPE
  DE LA TORRE, LA TEMPERTURA DE UN PLATO CLAVE DE LA
  TORRE.

• POR SUPUESTO, PARA COMPLETAR EL CICLO, ES
  IMPORTANTE QUE EL CALCULADOR DE LA COMPOSICION DEL
  TOPE COMO FUNCION DEL FLUJO DE VAPOR DE
  DESPOJAMIENTO.

• ESTO DA UN CALCULO DE LA COMPOSICION EN MUCHO
  MENOS DE 8 HORAS.
              TRANSDUCTORES

• ESTE TIPO DE DISPOSITIVO CAMBIA UNA SEÑAL EN UN
  TIPO DE ENERGIA A OTRA SEÑAL, EN OTRO TIPO DE
  ENERGIA, LA CUAL ES MAS ACCESIBLE AL SISTEMA DE
  CONTROL.

• POR EJEMPLO, LOS PIEZOMETROS CAMBIAN LA SEÑAL DE
  PRESION ( ENERGIA PIEZOMETRICA ) A UNA SEÑAL
  ELECTRICA.

• OTRO CASO SON LOS TERMOPARES, CAMBIAN UNA SEÑAL
  DE TEMPERATURA ( ENERGIA TERMICA ) A UNA SEÑAL
  ELECTRICA EN mV.
              TRANSDUCTORES

• OTROS TRANSDUCTORES PERMITEN LA DETECCION DE UNA
  CONDICION DEL PROCESO A FIN DE ENVIAR UNA SEÑAL
  BOOLEANA A UN SISTEMA DE CONTROL SECUENCIAL.

• DETECTORES DE PROXIMIDAD, DETECTORES DE
  INDUCCION, SENSORES INFRAROJOS Y POSICIONADORES
  SON ESTE TIPO DE TRANSDUCTORES.

• OTROS SON MAS SOFISTICADOS, TALES COMO LOS
  ULTRASONICOS, LOS DE RADIACION O LOS DE RADAR.

• ESTOS EQUIPOS SON USADOS EN LA DETECCION DE NIVEL
  DE FLUIDOS MUY PELIGROSOS TALES COMO ACIDOS,
  MATERIALES BIOLOGICOS, MATERIALES REACTIVOS, ETC.
                     TRANSDUCTORES
•   LA ROBOTICA HACE USO DE ESTOS EQUIPOS A FIN DE BRINDAR AL ROBOT
    INFORMACION QUE ACERCA DEL ENTORNO.
5. Características básicas del control
automático


5.1 Control neumático vs. Eléctrico.
5.2 Control electrónico.
5.2.1 Control por computadora.
5.2.2 Sistema DDC.
5.2.3 Sistema SCADA.
5.2.4 Sistema DCS.
5.3 Pirámide de niveles de control.
5.4 Control ON/OFF.
5.5 Control PID.
5.6 Esquemas de control PID.
5.7 Criterios de selección.
5.8 Otros sistemas de control
      CONTROL POR COMPUTADORA
• ANALOGICO

• DIGITAL

• DIGITAL

  –   FACIL MODIFICACION DE PARAMETROS
  –   MAYOR RENDIMIENTO DEL PROCESO
  –   MAYOR CALIDAD
  –   MAYOR SEGURIDAD
  –   MAYOR VOLUMEN DE INFORMACION
      CONTROL POR COMPUTADORA
• ANALOGICO

  –   BASADO EN VOLTAJES Y AMPERAJES.
  –   MENOR FLEXIBILIDAD Y VOLUMEN DE OPERACIÓN
  –   MAS BARATO Y SENCILLO DE MANTENER
  –   SE EVITA PERDIDA DE INFORMACION ENTRE
      MUESTREOS.

• SE BASA EN METDOLOGIAS DE MODELAJE DE
  PROCESOS Y OPTIMIZACION.

• LA COMPUTADORA ACTUA DIRECTAMENTE
  SOBRE LOS ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
    CONTROL POR COMPUTADORA
• PROBLEMAS QUE PRESENTA

  – SOLO APLICABLES A PLANTAS DE ALTA PRODUCCION
    DEBIDO A SUS ALTOS COSTOS DE DESARROLLO E
    IMPLEMENTACION.
  – APLICABLE EN LINEAS DE PROCESO
    ECONOMICAMENTE CRITICAS.
  – NO ADECUADO EN LINEAS DE ALTO RIESGO DE
    SEGURIDAD.
  – EL PROCESO DE ENVEJECIMIENTO DE LOS PROCESOS Y
    ACTUALIZACION TECNOLOGICA PONE FUERA DE
    SERVICIO AL MODELO.
      CONTROL DIGITAL DIRECTO
              ( DDC )
• LA COMPUTADORA EJECUTA CALCULOS PROPIOS
  DEL ALGORITMO PID Y ESCRIBE OP
  DIRECTAMENTE SOBRE LOS ELEMENTOS
  FINALES DE CONTROL.

• SE ELIMINA EL MODELO DE LA PLANTA, YA QUE
  LA COMPUTADORA HACE VARIOS CALCULOS PID
  DE LOS LAZOS DE CONTROL DE LA PLANTA.

• LA COMPUTADORA HACE CALCULOS DE MANERA
  SECUENCIAL. UNA FALLA DE LA COMPUTADORA
  AFECTA TODOS LOS LAZOS.
ADQUSICION DE DATOS Y CONTROL
        SUPERVISORIO
           (SCADA)
                                     SISTEMA DE CONTROL SUPERVISORIO

                                                 ( SPC )
                   P-7                                                                P-12


                                                           I-1




     D/A                                                                      A/D
                                                                               I-3
            I-2



            I-14
                   P-5

                                                                               I-18
                                                                                      P-11




                   P-6
                                                                                      P-10




    CONTROL
      PID                      P-9                                             I-17




            I-6




                   S-2   P-1

                                                                 P-2

     P-13
                                                PROCESO                I-16                  P-3




            V-1                                     I-15
 SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO
• ES SIMILAR AL SCADA.

• LA DIFERENCIA FUNDAMENTAL ES QUE EL DCS ES UNA
  COMPUTADORA CON MAYOR VELOCIDAD Y
  CONFIABILIDAD

• FRECUENCIA DE FALLOS : 220000 HORAS / FALLO
• DISPONIBILIDAD : 99.9 %

• USO DE ELEMENTOS ESTANDARIZADOS Y MODULARES
  FACILITA Y HACE ECONOMICO SU MANTENIMIENTO.
                       NIVELES DE CONTROL
                                                 Min inv.
                                                 Metas de producción
                                                 Minimizar cambios de prod.




                                PROGRAMACION              Optimización cap. Prod./almac.
                                                          Optimizar eficiencia productiva
Algoritmos usuario             Y CONTROL DE LA
                                  PRODUCCION
                                                                      Control y alarmas
                        OPTIMIZACION DE LA OPERACIÓN POR              avanzadas
                                     AREA
Optimización
PID              OPTIMIZACION DE LA OPERACIÓN DE LAS UNIDADES

                     INSTRUMENTACION Y CONTROL DE MOTORES
                     SENSORES / ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
                     CONTROL PID

•   ACRONIMO DE CONTROL PROPORCIONAL - INTEGRAL –
    DERIVATIVO.

•   CONTROL POR RETROALIMENTACION

•   COMPARA EL SETPOINT CON LA PV ( ERROR).

•   CALCULA LA OP NECESARIA PARA REDUCIR EL ERROR A CERO (
    ALGORITMO PID ).

•   ENVIA SEÑAL DE CONTROL A ELEMENTO FINAL DE CONTROL.

•   REINICIA EL CICLO.
                           CONTROL PID

         Error           OP                                  PV
SP
                 Gcont        Gact       Gvalv      Gproc




                         Gtransm                 Gmedicion
     PV en escala
     O-100 %                         PV en EU
                    CONTROL PID
•   ACCION DE CONTROL ES EL SENTIDO DE VARIACION DE LA OP
    ANTE LOS CAMBIOS DE LA PV.

•   DEPENDE DEL SENTIDO DE FALLA DEL ELEMENTO FINAL DE
    CONTROL.

•   EL SENTIDO DE FALLA DE ESTE ELEMENTO ES LA POSICION DEL
    DISPOSITIVO SI OP FUESE 0%.

•   ESTE SENTIDO LO DICTA LA SEGURIDAD DEL PROCESO.

•   DOS TIPOS

        • FALLA CERRADA ( FC ) QUE EQUIVALE A AIRE PARA ABRIR.

        • FALLA ABIERTA ( FO ) QUE EQUIVALE A AIRE PARA
          CERRAR.
                                      EJEMPLO
Fluido frio a To y caudal                                                   TY
             q              P-8




                                                                     TV                  S-2




                                                                                 S-1

                                                       P-1
                                                                                             P-2




                                                                            FC




                                  CALENTADOR CON VAPOR DE AGUA
                                                               P-5



                                                 E-4




                                                         P-7




                                                                                                   P-10




                                                                                                               P-12
                                                                                                                           I-2


                                                                                                          TC          TT




                                                                                                                                 T
                                                                                       INV
                                                       P-4




                                                                                                                                     P-11

                                                                          Fluido caliente a Tf y caudal
                                                                                        q
  DETERMINACION DE LA ACCION DE
           CONTROL
• DEBIDO A QUE LA VALVULA DE CONTROL FALLA
  CERRADA, LA MISMA ABRE SI LA OP SE INCREMENTA.

• COMO RESULTADO, LA VALVULA ADMITE MAS VAPOR AL
  CALENTADOR.

• AL ADMITIR MAS VAPOR, SE INCREMENTA LA
  TEMPERATURA DE SALIDA DEL FLUIDO FRIO, DANDO
  COMO RESULTADO QUE LA PV SE INCREMENTA.

• SI SE DEJA AL CONTROLADOR COMO ACCION DIRECTA, EL
  RESULTADO ES QUE LA OP SE INCREMENTA, SE ADMITE
  MAS VAPOR Y LA TEMPERATURA DE SALIDA DEL FLUIDO
  SE INCREMENTA, LO CUAL NO ES DESEABLE.

• LO ANTERIOR NOS HACE CONCLUIR QUE ES DESEABLE
  QUE LA ACCION DE CONTROL SEA INVERSA.
• NEMONICAMENTE SE PUEDE
  REALIZAR LOS SIGUIENTE :

  – Si PV aumenta entonces TV cierra; como TV
    es FC, entonces la OP debe disminuir.

  – Como tenemos el hecho de la al aumenta PV se
    debe disminuir la OP, concluimos que el
    controlador es inverso.
ACCION DIRECTA
ACCION INVERSA
          CONTROL PROPORCIONAL
•   SOLAMENTE ACTUA LA SIGUIENTE ECUACION

        OP ( t )   =    Bias      +   K * E( t )

        E( t ) = SP - PV( t )

•   DONDE K ES LA GANANCIA DEL CONTROLADOR.

•   SI K > 0 SE TIENE UN CONTROLADOR DE ACCION INVERSA.

•   SI K < 0 SE TIENE UN CONTROLADOR DE ACCION DIRECTA

•   BANDA PROPORCIONAL SE DEFINE COMO EL VALOR DEL ERROR
    COMO % DE RANGO DE LA PV QUE HACE QUE LA OP DEL
    CONTROLADOR VARIE DE 0 A 100 %.

                   BP = 100 / K
      CONTROL PROPORCIONAL
• VENTAJAS :

  • SENCILLEZ DEL CONTROLADOR.
  • RAPIDEZ
  • FACILIDAD DE ENTONACION ( SOLO DEBE
    AJUSTA K ).

• DESVENTAJA

  • EN EL EQUILIBRIO, EL CONTROLADOR NO
    IGUALA PV CON EL SP, MANTENIENDO UN
    ERROR CONSTANTE LLAMADO OFFSET.
En el primer caso se uso como SP un valor de 10


En el segundo caso se uso como SP un valor de 5


En ambos casos, se uso una ganancia de 1 en el controlador.


En el primer caso el Offset fue de 1 unidad.


En el segundo caso, el Offset fue de la mitad ( 0.5 ).


La diferencia se debe a que el primer SP fue el doble del segundo.
CONTROL PROPORCIONAL - INTEGRAL
•   SE COMBINA LA ACCION PROPORCIONAL CON LA INTEGRAL

        OP ( t )   =   Bias     +   K * E( t ) +   (1/ TI ) E( t ) dt

        E( t ) = SP - PV( t )

•   DONDE TI ES LO QUE SE DENOMINA TIEMPO INTEGRAL.

•   EL TIEMPO INTEGRAL ES EL TIEMPO QUE TARDA
    ELCONTROLADOR EN REPETIR LA ACCION PROPORCIONAL
    NUEVAMENTE.

•   LA PARTE INTEGRAL ELIMINA EL OFFSET, YA QUE MIENTRAS HAYA
    ERROR, LA OP VARIARA.

•   SIN EMBARGO, LA ACCION INTEGRAL DA ORIGEN A DA ORIGEN A
    INESTABILIDAD DEL LAZO DE CONTROL.
  e                      SP




K*e



      TI   2*TI   3*TI
Sistema con K = 1 y TI = 10 segundos
Se lleva el tiempo integral a 5 segundos, haciendo que aumente
                       la acción integral.
Se incrementa la acción integral al llevar a TI a 1 segundo
Se incrementa la acción integral al llevar a TI a 0.001
segundo
               ACCION PI
• VENTAJAS :

  – ELIMINA EL OFFSET.

• DESVENTAJAS

  – HAY QUE ENTONAR LAZO AJUSTANDO DOS
    PARAMETROS.
  – INCREMENTA INESTABILIDAD DEL LAZO.
  – DA ORIGEN AL PROBLEMA DE LA
    SATURACION DE LA PARTE INTEGRAL (
    WINDUP).
                        WINDUP
•   SI LA SEÑAL DE ERROR PERSISTE POR UN TIEMPO MUY LARGO,
    LA PARTE INTEGRAL SEGUIRA INTEGRANDO

•   AL HACER ESTO, ES MUY POSIBLE QUE EL VALOR DE LA
    INTEGRAL SEA SUMAMENTE ELEVADO.

•   AL VOLVER LA PV HACIA EL SP, LA ACCION INTEGRAL HACE QUE
    EL CONTROLADOR TARDE EN REAJUSTARSE A LA NUEVA
    SITUACION, YA QUE PARA REDUCIR LA INTEGRAL HACE FALTA
    QUE SE MANTENGA EL ERROR EN SIGNO CONTRARIO POR UN
    TIEMPO TAMBIEN LARGO.

•   PARA EVITAR ESTO, LA PARTE INTEGRAL DEL CONTROLADOR
    DEJA DE FUNCIONAR CUANDO LA OP ESTA FUERA DEL RANGO DE
    0 A 100 %.

•   HA ESTA ACCION SE LE DENOMINA ACCION ANTIWINDUP.
    CONTROL PROPORCIONAL – INTEGRAL-
              DERIVATIVO
•   SE COMBINA LA ACCION PI CON LA DERIVATIVA

    OP ( t )   =   Bias   + K * E( t ) +   (1/ TI ) E( t ) dt + Td * d E( t )/ dt

                             E( t ) = SP - PV( t )

•   DONDE Td ES LO QUE SE DENOMINA TIEMPO DERIVATIVO.

•   LA ACCION DERIVATIVA INTRODUCE ESTABILIDAD AL LAZO DE
    CONTROL, YA QUE ADICIONA ZEROS A LA FUNCION DE
    TRANSFERENCIA A LAZO CERRADO.

•   LA ACCION INTEGRAL INESTABILIZA EL LAZO, YA QUE
    INTRODUCE POLOS.

•   LA ACCION DERIVATIVA NO ES RECOMENDABLE CON SEÑALES
    MUY RUIDOSAS.
En este sistema, K=0.1 y TI = 10 segundos.
Esta es su respuesta a un salto.
Cuando se adiciona la acción derivativa con Td = 0.1 segundos.
Pero cuando se inyecta una señal muy ruidosa, la cosa empeora.
            SEGUIMIENTO DE PV
              ( PV TRACKING )
• CUANDO UN LAZO ESTA EN MANUAL ( ABIERTO ) SUCEDE
  QUE PV Y SP NO COINCIDEN.

• CUANDO SE CIERRA EL LAZO, SE MANTIENE QUE PV <> SP

• DICHA DIFERENCIA GENERA UN ERROR, EL CUAL HACE
  QUE LA OP CAMBIE A FIN DE QUE LA PV SE LLEVE AL SP.

• DICHA COSA NO ES DESEABLE, YA QUE LA RAZON DE
  MANTENER EL LAZO EN MANUAL ES QUE EL OPERADOR
  DE PLANTA MANIPULO LA OP A FIN DE OBTENER LA PV
  QUE HABIA EN EL CONTROL.
            SEGUIMIENTO DE PV
              ( PV TRACKING )
• DICHA ACCION ES NORMAL, YA QUE LAS PLANTAS SON
  AJUSTADAS A MANO Y LUEGO EL AUTOMATICO MANTIENE
  CONDICIONES PREVINIENDO EL EFECTO DE LAS
  PERTURBACIONES.

• CUALQUIER AJUSTE DEL SETPOINT EN AUTOMATICO SE
  HACE DE MANERA LENTA Y ESCALONADA PERO
  SOLAMENTE PARA REALIZAR PEQUEÑOS AJUSTES.

• EL EFECTO OBSERVADO AL COLOCAR EL LAZO EN
  AUTOMATICO ES, POR CONSIGUIENTE INDESEABLE,
  CONTRAPRODUCENTE Y MUY PERTURBADOR.
           SEGUIMIENTO DE PV
             ( PV TRACKING )
• EL PV TRACKING ES UNA CARACTERISTICA DE LOS
  CONTROLADORES DIGITALES MODERNOS QUE EVITAN
  ESTA PERTURBACION AL :

      HACER LA   SP = PV

      HACER EL   Bias = OP

• DE ESTA FORMA, LA PUESTA EN AUTOMATICO MANTIENE
  LA PV Y OP OBTENIDAS MANUALMENTE.
              SEGUIMIENTO DE PV
                ( PV TRACKING )
• EN EL CASO DEL CONTROL EN CASCADA EL
  CONTROLADOR MAESTRO ES COLOCADO EN AUTOMATICO
  HACIENDO LA OP DE ESTE CONTROLADOR IGUAL AL SP
  DEL CONTROLADOR ESCLAVO :

      OP maestro = SP esclavo ( esto implica ajustar el Bias del
       maestro.

      SP maestro = PV maestro

• DE ESTA FORMA, EL CIERRE DE LA CASCADA NO IMPLICA
  PERTURBACION DEL PROCESO.
           CONTROL EN CASCADA
•   SE USA CUANDO SE CONTROLA UNA VARIABLE ASOCIADA A UN SISTEMA
    DE ALTA INERCIA ( RESPUESTA LENTA ).

•   ESA VARIABLE SE CONTROLA CON UNA VARIABLE MANIPULADA, LA
    CUAL VARIA MUY RAPIDAMENTE, DEBIDO AL CAMBIO DE CONDICIONES
    QUE LA GENERA.

•   SE ESTABLECE UN LAZO DE CONTROL DOBLE, EL CUAL SE DENOMINA :

    – MAESTRO : ASOCIADO A LA VARIABLE CONTROLADA FINAL. ES EL
      MAS LENTO DE TODOS.
    – ESCLAVO : ASOCIADO A LA VARIBLE MANIPULADA.
    – ESTE LAZO ES MAS RAPIDO QUE EL MAESTRO.
    – LA MISION DE ESTE LAZO ES MANTENER LA VARIABLE MANIPULADA
      EN SU PUNTO DESEADO DE AJUSTE.
    – DICHO PUNTO DE AJUSTE ES DICTADO POR EL MAESTRO.
        CONTROL EN CASCADA
• EL CONTROLADOR MAESTRO ESTA EN AUTOMATICO,
  RECIBIENDO SETPOINT DEL OPERADOR HUMANO.

• DICHO SETPOINT ES EL VALOR DESEADO DE LA VARIABLE
  CONTROLADA.

• LA SALIDA DE ESTE CONTROLADOR ( OP ) ESTA EN LA
  ESCALA DE 0 A 100 % .

• ESTA OP “ ESCRIBE “ EN EL SETPOINT DEL CONTROLADOR
  ESCLAVO, AJUSTANDOLO.

• EL CONTROLADOR ESCLAVO, CONTROLA, EN
  CONSECUENCIA LA VARIABLE MANIPULADA A FIN DE
  MANTENERLA EN VALOR ESPECIFICADO, ABSORBIENDO
  LAS PERTURBACIONES QUE LA AFECTAN.
EJEMPLO DE CONTROL EN CASCADA



     P-1                       P-6




                                     Analizador de impurezas
                         AT




                                                  P-11
                                                                SP Composicion

                               S-1



                                            AIC




                                SP flujo vapor


                                                         P-10                    P-14

                                                                 FIC




     P-2

                                                                           Vapor con P variable

                         P-8                             P-15


                                                                                        P-16


                                            V-1
             E-2
                                                  Medicion del flujo de vapor


                   P-4




   E-1
CONTROL PID
 CASCADA
RESPUESTA SISTEMA SIN VARIACION
      PRESION SUMINISTRO
 RESPUESTA SISTEMA CON UN 10% DE
VARIACION EN PRESION DE SUMINISTRO
EJEMPLO CONTROL POR CASCADA
     Fluido A                   P-6
                                                     FE-A                                   P-8

                                                     P-7




                                                                                V-4


                                       P-16
                                              P-19




                        A/B
                              I-3


  Valor deseado de la
                                       P-18
     Relacion A/B
                         P-9
                                                           FFIC
                               I-1
                                                                                                  FIC
                                                           P-14
                                                                   P-15
                                    P-15                    P-17




                                                                          I-2




                                                                                S-1




  Fluido B
                        P-3
                                              P-4
                                                                                        FV-B
                                                                                      P-5




                                                                          V-1



                                    FE-B
     CONTROL POR RELACION

• SE USA CUANDO SE DESEA MANTENER UN
  COCIENTE CONSTANTE ENTRE DOS VARIABLES
  CONTROLADAS.

• EXISTE UNA VARIABLE QUE VARIA A VOLUNTAD
  O NO.

• EL CONTROLADOR DE RELACION MANTIENE
  UNA RELACION CONSTANTE ENTRE LAS DOS
  VARIABLE, INCREMENTANDO
  AUTOMATICAMENTE EL VALOR DE LA OTRA
  VARIABLE.
EJEMPLO CONTROL POR RELACION

    Fluido A                   P-6
                                                    FE-A                                   P-8

                                                    P-7




                                                                               V-4


                                      P-16
                                             P-19




                       A/B
                             I-3


 Valor deseado de la
                                      P-18
    Relacion A/B
                        P-9
                                                          FFIC
                              I-1
                                                                                                 FIC
                                                          P-14
                                                                  P-15
                                   P-15                    P-17




                                                                         I-2




                                                                               S-1




 Fluido B
                       P-3
                                             P-4
                                                                                       FV-B
                                                                                     P-5




                                                                         V-1



                                   FE-B
         CONTROL SELECTIVO

• ALTERNATIVA AL CONTROL MULTIVARIABLE.

• DOS O MAS CONTROLADORES ACTUAN SOBRE
  LA MISMA VARIABLE MANIPULADA ( SELECTOR
  DEL CONTROLADOR MAS CRITICO ).

• DOS O MAS TRANSMISORES ACTUAN DE
  MANEDA SECUENCIADA SOBRE UN
  CONTROLADOR ( SELECTOR DE ALTA O BAJA ).
CONTROL DE TEMPERATURA
                 COMENTARIOS

• EN ESTE EJEMPLO EL CONTROL DE TEMPERATURA
  CONTROLA EL AGUA A UNA CHAQUETA DE
  ENFRIAMIENTO DE UN REACTOR.

• HAY CINCO TERMOPARES A LO LARGO DEL REACTOR,
  MIDIENDO LA TEMPERATURA DEL LECHO.

• UN SELECTOR SELECCIONA LA TEMPERTURA MAS ALTA
  DEL LECHO ( LECTURA MAYOR ), A FIN DE QUE SEA ESTA
  LA QUE PASE A CONTROLAR.
   CONTROL POR RANGO DIVIDIDO
• EN ESTE CASO, LA SALIDA DE UN CONTROLADOR
  ACTUA SIMULTANEAMENTE SOBRE DOS O MAS
  VALVULAS DE CONTROL.

• LA SALIDA ACTUA PRIMERO SOBRE UNA
  VALVULA.

• AL SATURARSE ESTA ACCION, SE PASA A LA
  SIGUIENTE.

• ESTA CONFIGURACION SE USA EN AQUELLOS
  DISEÑOS DE CAPACIDAD SECUENCIALMENTE
  CRECIENTE.
              APLICACIÓN
• SE TIENEN DOS ENFRIADORES EN PARALELO
  PARA ENFRIAR CON AGUA UNA CORRIENTE DE
  PRODUCTO CALIENTE.

• EL CONTROL ACTUA PRIMERO SOBRE UNA
  VALVULA ( LA DEL ENFRIADOR A ).

• CUANDO LA VALVULA ABRE TOTALMENTE, SE
  EMPIEZA A ABRIR LA VALVULA DEL ENFRIADOR
  B.

• SE DICE QUE HAY UN RANGO PARTIDO ENTRE
  LAS VALVULAS FV-01A Y FV-01B
                    APLICACION
• EL RANGO PARTIDO ES EL SIGUIENTE:

             OP            FV-01A          FV-01B
             (%)            (%)             (%)
             100              0               0

             50              100              0

              0              100             100




Primero abre la FV-01A y al estar 100%, empieza a abrir la FV-
01B.
      DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

                                                                    P-19




       Agua de enfriamiento
             a 75ºF



                                                                                                                                          TIC-01
                                                                                        P-10



                                                    P-10




                              FV-01B                                                           FV-01A
                                                           TY-01B                                                          TY-01A
                                                                                                                                                  S-6



                                                                                                                                    S-4



                                                                           S-5
                                                                                                                             S-2
                                             E-1
                                                                                                        E-2

Fluido caliente a 350 ºF                           P-4
                                                                                                              P-5




                                                           P-2                                                      P-12                                P-13


                                                                                                                                              T
                                       P-1



                                                                                                                                           TT-01


                                                                                                P-14
                                                    P-18




                                                                                         P-17




                                                                                 P-17
  ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

• AQUEL QUE RECIBE LA SALIDA DEL
  CONTROLADOR.

• ACTUA SOBRE LA VARIABLE MANIPULADA.

• MUCHOS TIPOS DE ELEMENTOS FINALES DE
  CONTROL
  ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

• DISPOSITIVO COMPLEJO :

   – TRANSDUCTOR ( SEÑAL ELECTRONICA A NEUMATICA,
     MECANICA, ETC. )

   – ACTUADOR ( MECANISMO QUE SE REALIZA UN
     DESPLAZAMIENTO )

   – ELEMENTO FINAL PROPIAMENTE DICHO ( EN
     CONTACTO DIRECTO CON EL PROCESO ).
  ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

• ALGUNOS EJEMPLOS :

   – POR EXCELENCIA : LAS VALVULAS DE CONTROL.

   – VALVULAS SOLENOIDES PARA CONTROL ON – OFF O
     SECUENCIAL.

   – CONTROLADORES ELECTRONICOS DE VELOCIDAD Y
     TASA DE CALENTAMIENTO.
           VALVULAS DE CONTROL

• DISPOSITIVO QUE ACTUA DIRECTAMENTE SOBRE UN
  FLUJO.

• CON ESE CONTROL DE FLUJO CONTROLA MUCHAS
  VARIABLES :

   –   FLUJO PROPIAMENTE DICHO.
   –   PRESION.
   –   TEMPERATURA.
   –   COMPOSICION
          VALVULAS DE CONTROL
• CONSISTE DE LOS SIGUIENTES ELEMENTOS.

   – TRANSDUCTOR ELECTRONICO/ PRESION ( 4 – 20 ma / 3 –
     15 psi )

   – ACTUADOR ( DIAFRAGAMA MUEVE VASTAGO VALVULA
     CON PRESION DE AIRE DE INSTRUMENTOS ).

   – VASTAGO ( CONECTA ACTUADOR CON TAPON VALVULA
     )

   – CUERPO DE LA VALVULA, ASIENTO Y TAPON.

   – POSICIONADOR ( GARANTIZA QUE OP CONTROLADOR Y
     POSICION VALVULA SEAN IGUALES ).

   – SUMINISTRO DE AIRE DE INSTRUMENTOS.
                                   VALVULAS DE CONTROL
Cv actual ( % del Cv de diseño )


                                      Apertura rápida




                                     Posición de la válvula ( % )
          VALVULA DE ACCION LINEAL

•   EL FLUJO QUE PASA POR LA VALVULA ES PROPORCIONAL A LA
    APERTURA DE LA MISMA.

•   USADO EN CIRCUITOS DONDE SE DESEA CONTROLAR UN NIVEL
    DE LIQUIDO EN UN RECIPIENTE.

•   EN LOS PROCESOS DONDE LA CAIDA DE PRESION POR LA
    VALVULA ES MUY CONSTANTE.



                        TAPON



                                          ASIENTO
       VALVULA DE IGUAL PORCENTAJE

•   EL FLUJO POR LA VALVULA VARIA LENTAMENTE A CUANDO LA
    APERTURA DE LA VALVULA ES MUY PEQUEÑA.

•   DICHA VARIACION SE HACE MAYOR CUANDO LA APERTURA DE LA
    VALVULA ES GRANDE.

•   SE USA EN APLICACIONES DONDE LA CAIDA DE PRESION POR LA
    VALVULA ES MUY VARIABLE

•   SE USA CUANDO SE DESEA QUE LA DP DE VALVULA SEA UNA
    FRACCION PEQUEÑA DE LA DP DEL SISTEMA.
TAPON




        ASIENTO
     FUNCION DE TRANSFERENCIA

     Q(s)               Kvalvula
    OP(s)              Ts + 1
DONDE Kvalvula ES LA GANANCIA DE LA VALVULA


T ES LA CONSTANTE DE TIEMPO DE VALVULA, LO
CUAL DEPENDE DE LA VELOCIDAD DEL ACTUADOR.
        GANANCIA DE LA VALVULA
• IGUAL PORCENTAJE


     K válvula = Cv * ln ( a) * ( DP / Gf ) 0.5 (a) ( op-1 )

     DONDE a = coeficiente de la ecuación
             Cv actual = Cv * a (op – 1 )
                DP = caída de presión por la válvula ( psi )
                Gf = gravedad especifica del fluido.
                OP = fracción de apertura de la válvula.
           GANANCIA DE LA VALVULA
• LINEAL


              K válvula = Cv * ( DP / Gf )

     DONDE: DP = caída de presión por la válvula ( psi )
              Gf = gravedad especifica del fluido.

								
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