UNIVERSIDAD DE CARABOBOFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA QUMICALABORATORIO DE INGENIERA QUMICALABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS QUMICOS

INFORME N 4Calibracin y aplicacin de los principios de elevacin y supresin de cero en instrumentos transmisores elctricos del laboratorio de control de procesos qumicos.

Profesor: Brito, Thaimy Seccin: martes tarde Grupo N4 Integrantes: CASTILLO, AlexSIERRALTA, Gustavo TRAVIESO, Francy VICTORIA, Jessica

Valencia, 11 de marzo de 2011Tipos de Controladores

Un controlador automtico compara el valor real de la salida de una planta con la entrada de referencia (el valor deseado), determina la desviacin y produce una seal de control que reducir la desviacin a cero o a un valor pequeo. La manera en la cual el controlador automtico produce la seal de control se denomina accin de control. Clasificacin de los controladores industriales. Los controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de control, como: 1. De dos posiciones o de encendido y apagado (on/off) 2. Proporcionales 3. Integrales4. Proporcionales-integrales5. Proporcionales-derivativos6. Proporcionales-integrales-derivativosCasi todos los controladores industriales emplean como fuente de energa la electricidad o un fluido presurizado, tal como el aceite o el aire. Los controladores tambin pueden clasificarse, de acuerdo con el tipo de energa que utilizan en su operacin, como neumticos, hidrulicos o electrnicos. El tipo de controlador que se use debe decidirse con base en la naturaleza de la planta y las condiciones operacionales, incluyendo consideraciones tales como seguridad, costo, disponibilidad, confiabilidad, precisin, peso y tamao.1. Accin de control de dos posiciones o de encendido y apagado (on/off). En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuacin solo tiene dos posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendido y apagado. El control de dos posiciones o de encendido y apagado es relativamente simple y barato, razn por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto industriales como domsticos. Es comn que los controladores de dos posiciones sean dispositivos elctricos, en cuyo caso se usa extensamente una vlvula elctrica operada por solenoides. Los controladores neumticos proporcionales con ganancias muy altas funcionan como controladores de dos posiciones, y en ocasiones se denominan controladores neumticos de dos posiciones.

2. Accin de control proporcional. Para un controlador con accin de control proporcional, la relacin entre la salida del controlador u(t) y la seal de error e(t) es: ut=Kpet..Ecuacin 2.1 o bien, en cantidades transformadas por el mtodo de Laplace UsEs=KpEcuacin 2.2 en donde Kp se considera la ganancia proporcional Cualquiera que sea el mecanismo real y la forma de la potencia de operacin, el controlador proporcional es, en esencia, un amplificador con una ganancia ajustable. El controlador proporcional es el tipo ms simple de controlador, con excepcin del controlador de dos estados. La ecuacin con que se describe su funcionamiento es la siguiente: mt= m+Kcrt-ct.Ecuacin 2.3 mt = m+Kcet.Ecuacin 2.4 Donde:m(t) = salida del controlador, psig o mAr(t) = punto de control, psig o mAc(r) = variable que se controla, psig o mA; sta es la seal que llega del transmisor. e(r) = seal de error, psi o mA; sta es la diferencia entre el punto de control y la variable que se controla. Kc = ganancia del controlador, psig/psig mA/mA m = valor base, psig o mA. El significado de este valor es la salida del controlador cuando el error es cero; generalmente se tija durante la calibracin del controlador, en el medio de la escala, 9 psig o 12 mA.Es interesante notar que la ecuacin (2.3) es para un controlador de accin inversa; si la variable que se controla, c(f), se incrementa en un valor superior al punto de control, r(t), el error se vuelve negativo y, como se ve en la ecuacin, la salida del controlador, m(t), decrece. La manera comn con que se designa matemticamente un controlador de accin directa es haciendo negativa la ganancia del controlador, Kc; sin embargo, se debe recordar que en los controladores industriales no hay ganancias negativas, sino nicamente positivas, lo cual se resuelve con el selector inverso/directo. La Kc negativa se utiliza cuando se hace el anlisis matemtico de un sistema de control en el que se requiere un controlador de accin directa. En las ecuaciones (2.3) y (2.4) se ve que la salida del controlador es proporcional al error entre el punto de control y la variable que se controla; la proporcionalidad la da la ganancia del controlador, K, con esta ganancia o sensibilidad del controlador se determina cunto se modifica la salida del controlador con un cierto cambio de error.Los controladores que son nicamente proporcionales, tienen la ventaja de que solo cuentan on un parmetro de ajuste, kc, sin embargo operan con una desviacin o error de estado estacionario en la variable que controla.3. El modo de control Integral tiene como propsito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control integral acta cuando hay una desviacin entre la variable y el punto de consigna, integrando esta desviacin en el tiempo y sumndola a la accin proporcional. El error es integrado, lo cual tiene la funcin de promediarlo o sumarlo por un perodo determinado; Luego es multiplicado por una constante I. Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo Proporcional para formar el control P + I con el propsito de obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.El modo integral presenta un desfasamiento en la respuesta de 90 que sumados a los 180 de la retroalimentacin ( negativa ) acercan al proceso a tener un retraso de 270, luego entonces solo ser necesario que el tiempo muerto contribuya con 90 de retardo para provocar la oscilacin del proceso. > Se caracteriza por el tiempo de accin integral en minutos por repeticin. Es el tiempo en que delante una seal en escaln, el elemento final de control repite el mismo movimiento correspondiente a la accin proporcional.El control integral se utiliza para obviar el inconveniente del offset (desviacin permanente de la variable con respecto al punto de consigna) de la banda proporcional.La frmula del integral est dada por: Ejemplo: Mover la vlvula (elemento final de control) a una velocidad proporcional a la desviacin respeto al punto de consigna (variable deseada).

4. Controlador proporcional-integral/ (PI). La mayora de los procesos no se pueden controlar con una desviacin, es decir, se deben controlar en el punto de control, y en estos casos se debe aadir inteligencia al controlador proporcional, para eliminar la desviacin. Esta nueva inteligencia o nuevo modo de control es la accin integral o de reajuste y en consecuencia, el controlador se convierte en un controlador proporcional-integral (PI). La siguiente es su ecuacin descriptiva: mt = m+Kcrt-ct+KcIrt-ctdtEcuacion 3.1 mt= m+Kcet+KcIetdt.Ecuacion 3.2 DondeI = tiempo de integracin o reajuste minutos/repeticin. Por lo tanto, el controlador PI tiene dos parmetros, Kc, y I, que se deben ajustar para obtener un control satisfactorio. Para entender el significado fsico del tiempo de reajuste, I (tiempo que toma al controlador repetir la accin proporcional y, en consecuencia, las unidades son minutos/repeticin). Tanto menor es el valor de I, cuanto ms pronunciada es la curva de respuesta, lo cual significa que la respuesta del controlador se hace ms rpida. 5. Control proporcional-derivativo (PD).En este tipo de controlador, la parte proporcional P ayuda a incrementar la velocidad de respuesta, mientras que la parte derivativa D tiene su mayor efecto en los transitorios y hace ms amortiguado y estable al sistema. Este tipo de control responde a la velocidad de variacin del error actuante y puede producir una correccin significativa antes de que el error actuante se haga excesivo, esto significa que la accin derivativa se anticipa el error actuante, inicia una accin correctiva temprana y tiende aumentar la estabilidad del sistema.El hecho de que la parte derivativa aada amortiguamiento al sistema nos permite el uso de valores de ganancia KP ms elevado, lo que produce a su vez un mejoramiento en la exactitud del estado de rgimen.El control PD es un control con alta sensibilidad. Su desventaja radica en que amplifica seales de ruido y puede producir un efecto de saturacin en el acondicionador.Para obtener esta caracterstica derivativa se deriva directamente la seal de error y se le afecta por una constante a la que se denomina constante derivativa6. Proporcional Integral Derivativo es un mecanismo de control por realimentacin que calcula la desviacin o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una accin correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de clculo del control PID se da en tres parmetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reaccin del error actual. El Integral genera una correccin proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reaccin del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso va un elemento de control como la posicin de una vlvula de control o la energa suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control diseado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en trminos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado de oscilacin del sistema. Ntese que el uso del PID para control no garantiza control ptimo del sistema o la estabilidad del 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.

Diagrama en bloques de un control PIDTRANSMISORESLos transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la trasmiten a distancia hacia un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinacin de stos. stos generan una seal de salida normalizada la cual vara linealmente para el campo de medida del 0% al 100% de la variable de proceso.Este equipo est instalado en el mismo lugar del proceso y est formado por dos partes: el transductor que transforma la seal de entrada en una nueva seal que puede ser mecnica o elctrica; y la unidad de conversin que recibe la seal transformada por el transductor, adems de una energa auxiliar, para as producir una seal de salida directamente proporcional a la seal de entrada.Los transmisores elctricos generan una seal estndar que vara linealmente de 4 a 20 mA c.c. para el campo de medida del 0% al 100% de la variable de proceso.Al ser continua y no alterna, elimina la posibilidad de captar perturbaciones y est libre de corrientes parsitas. Tambin puede encontrarse equipos de transmisin cuya seal de salida vara de 10 a 50 mA y de 1 a 5 V en c.c.La relacin de 4 a 20 mA c.c en un transmisor elctrico, es de 1 a 5, igual a la razn existente de 3 a 15 psi en un transmisor neumtico, el nivel mnimo de 4 mA elimina el problema de corrientes residuales.Un transmisor puede calibrarse para detectar valores de la variable en un rango reducido y comprendido entre el lmite superior e inferior del rango. Los valores extremos que puede medir un transmisor calibrado se les designa como valor superior del rango (URV) y valor inferior del rango (LRV) y definen el rango de instrumento para el ajuste realizado en una calibracin.La calibracin de transmisores consiste en ajustar su seal de salida para alcanzar un valor deseado (seal normalizada), dentro de una tolerancia especfica y para un valor particular de la entrada, el cual estar determinado por el rango de la variable en condiciones normales de operacinDicha calibracin se hace mediante el giro de los tornillos: uno vara el LRV (ajuste de cero) y el otro modifica el tendido (span).La manipulacin del tornillo del cero (span) modifica el span, variando tanto el LRV como el URV; esto hace que se deba verificar sucesivamente estos dos valores, durante todo el proceso de calibracin, hasta obtener los valores deseados para el LRV y el URV.DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN TRANSMISOR

X u e YFAM

+- rR

Donde:M: transductoru: seal transformadaF: detector de desequilibrio, determina el errore: error entre la seal transformada y la seal de salidaA: amplificador de alta ganancia, el cual amplifica la seal de errorR: elemento de realimentacin, el cual transforma la seal de salidaA partir del diagrama anterior se deduce la funcin de transferencia de un transmisor, resultando:

Como A, M y R son constantes, la funcin de transferencia del transmisor ser otra constante, denominada ganancia del transmisor (KT).

La respuesta dinmica de la mayora de los sensores/transmisores es mucho ms rpida que la del proceso,; en consecuencia, sus constantes de tiempo y tiempo muerto se pueden considerar despreciables y su funcin de transferencia la da la ganancia pura.

Se hace elevacin de cero y supresin de cero cuando el transmisor se coloca por debajo o por arriba del punto de medicin del proceso, estos dos trminos se define en funcin de la posicin relativa del proceso respecto al transmisor.Cuando se hace una supresin de cero es porque el transmisor est colocado por debajo del punto de medicin del proceso, es decir, existe una columna de lquido que creara por hidrosttica una presin adicional a la que existe realmente en el proceso, para eliminar esa presin adicional se debe restar al valor ledo el valor de la distancia que hay desde el punto en el que se encuentra el calibrador hasta de referenciaPor otra parte cuando el trasmisor est colocado por encima del punto de medicin del proceso, es decir, existe un columna de lquido negativa que creara por hidrosttica una presin de vaci la cual se debe contrarrestar, se debe sumar al valor ledo y el valor de la distancia que hay desde el punto en el que se encuentra el calibrador hasta de referencia.Tipos de transmisoresTransmisores neumticos: Se fundamentan en el principio que cumple el sistema tobera obturador que consiste en un tubo con un suministro constante de presin no superior a los 25 psi que pasa por una restriccin que reduce el dimetro alrededor de 0.1 mm y que en su otro extremo se torna en forma de tobera con un dimetro de 0.25 - 0.5 mm que est expuesto a la atmsfera ocasionando un escape que es regulado por un obturador el cual cumple la misin de controlar el escape proporcional a la separacin entre l y la tobera. la funcin de la tobera - obturador es que a medida que la lmina obturadora disminuya o aumente la distancia hacia la tobera ocasionara un efecto inversamente proporcional sobre la presin interna que es intermedia entre la presin atmosfrica y la de suministro e igual a la seal de salida del transmisor que para la tobera totalmente cerrada equivale a 15 Psi y totalmente abierta a 3 Psi. Para la obtencin de una salida eficiente y a causa de diminutos volmenes de aire que se obtienen del sistema se le acopla una vlvula piloto que amplifica, formando un amplificador de dos etapas La vlvula servopilotada consiste en un obturador que permite el paso de dos caudales de aire los cuales nos determinan la salida mediante los diferenciales de presin entre las superficies uno y dos logrando vencer el resorte que busca sostener la vlvula cerrada, aunque realmente existe una mnima abertura que lo que nos determina los 3 Psi como salida mnima. Las funciones de la vlvula son: Aumento del caudal suministrado o del caudal de escape para conseguir tiempos de respuesta inferiores al segundo. Amplificacin de presin (ganancia), de cuatro a cinco para obtener la seal neumtica de 3 - 15 Psi.Los transmisores neumticos presentan las siguientes caractersticas: Un consumo de aire ms bajo para el caudal nulo de salida. Un caudal mayor de salida hacia el receptor. Una zona muerta de presiones de salida. Son de equilibrio de fuerzas. Son de accin directa.Transmisores electrnicos:Generalmente utilizan el equilibrio de fuerzas, el desequilibrio da lugar a una variacin de posicin relativa, 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 es as como se complementa un circuito de realimentacin variando la corriente de salida en forma proporcional al intervalo de la variable en proceso. Su precisin es de 0.5 - 1% en una salida estndar de 4 - 20mA. Se caracterizan por el rango de entrada del sensor. Transmisores inteligentes: Son aquellos instrumentos capaces de realizar funciones adicionales a la de la transmisin de la seal del proceso gracias a un microprocesador incorporado. Tambin existen dos modelos bsicos de transmisores inteligentes: El capacitivo que consiste en un condensador compuesto de un diafragma interno que separa las placas y que cuando se abren las placas es porque se realiza una presin este diafragma se llena de aceite lo cual hace variar la distancia entre placas en no ms de 0.1 mm. luego esta seal es amplificada por un oscilador y un demodulador que entregan una seal anloga para ser convertida a digital y as ser tomada por el microprocesador. El semiconductor sus cualidades permiten que se incorpore un puente de weaston al que el microprocesador linealiza las seales y entrega la salida de 4 - 20mA. Los transmisores inteligentes permiten leer valores, configurar el transmisor, cambiar su campo de medida y diagnosticar averas, calibracin y cambio de margen de medida. Algunos transmisores gozan de auto calibracin, autodiagnstico de elementos electrnicos; su precisin es de 0.075%. Monitorea las temperaturas, estabilidad, campos de medida amplios, posee bajos costes de mantenimiento pero tiene desventajas como su lentitud, frente a variables rpidas puede presentar problemas y para el desempeo en las comunicaciones no presenta dispositivos universales, es decir, no intercambiable con otras marcas.Como calibrar un transmisor:1) Chequeo y Ajustes Preliminares: Observar el estado fsico del equipo, desgaste de piezas, limpieza y respuesta del equipo. Determine los errores de indicacin del equipo comparado con un patrn adecuado (segn el rango y la precisin). Llevar ajustes de cero, multiplicacin, angularidad y otros adicionales a los mrgenes recomendados para el proceso o que permita su ajuste en ambas direcciones (no en extremos) encuadramientos preliminares. Lo cual reducir al mnimo el error de angularidad.2) Ajuste de cero: Colocar la variable en un valor bajo de cero a 10% del rango o en la primera divisin representativa a excepcin de los equipos que tienen supresin de cero o cero vivo, para ello se debe simular la variable con un mecanismo adecuado, segn rango y precisin lo mismo que un patrn adecuado. Si el instrumento que se est calibrando no indica el valor fijado anteriormente, se debe ajustar del mecanismo de cero (un puntero, un resorte, restato, tornillo micromtrico, etc). Si el equipo tiene ajustes adicionales con cero variable, con elevaciones o supresiones se debe hacer despus del punto anterior de ajuste de cero. 3) Ajuste de multiplicacin: Colocar la variable en un valor alto del 70 al 100%. Si el instrumento no indica el valor fijado, se debe ajustar el mecanismo de multiplicacin o span (un brazo, palanca, restato o ganancia).4) Repetir los dos ltimos pasos hasta obtener la calibracin correcta para los valores alto y bajo.5) Ajuste de angularidad: Colocar la variable al 50% del span. Si el incremento no indica el valor del 50% ajustar el mecanismo de angularidad segn el equipo.6) Repetir los dos ltimos pasos 4 y 5 hasta obtener la calibracin correcta, en los trespuntos. Nota: Despus de terminar el procedimiento se debe levantar una curva de calibracin, aproximadamente en cuatro puntos: Valores tericos contra valores reales (lo ms exactamente posible), tanto ascendente como descendente para determinar si tiene histresis

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALLT1

LT

LT2

BIBLIOGRAFAhttp://dctrl.fi-b.unam.mx/practicas/analogico/temperatura.pdfhttp://es.wikipedia.org/wiki/Proporcional_integral_derivativohttp://www.monografias.com/trabajos32/elementos-medida/elementos-medida2.shtml