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InstrumentaciInstrumentacióón / Ing. n / Ing. Quirino Jimenez D.Quirino Jimenez D.

TITULO:MODO DE CONTROL


Acciones Básicas de Control y Controladores Automáticos

Un controlador automático compara el valor real de la salida de una planta con la entrada de referencia, en la que éste es el valor deseado, determina el error y produce una señal de control que reducirá el error a cero, o a un valor muy pequeño. Esto es mediante una acción de control.

Acciones Básicas de Control

Clasificación de los controladores industriales analógicos.- Se pueden clasificar de acuerdo con sus acciones de control, de la siguiente forma:

•Controladores de dos posiciones, o intermitentes (encendido-apagado)

•Controladores proporcionales

•Controladores integrales

•Controladores proporcional-integral

•Controladores tipo proporcional-derivativo

•Controladores tipo proporcional-integral-derivativo


Controlador automático, actuador y sensorEl controlador detecta la señal de error, que suele estar a un nivel de potencia muy

bajo, y la amplifica a un nivel suficientemente alto. El controlador automático estáconstituido por un detector de error y un amplificador. También tiene un circuito de retroalimentación adecuado, junto con un amplificador que utilizan para alterar la señal de error, amplificándola y a veces diferenciándola y/o integrándola, para producir una mejor señal de control.


Controladores auto-operados

En la mayoría de los sistemas de control industriales se utilizan dispositovs independientes como elemento de medición y como actuador. Sin embargo, en el sistema de control más simple, el controlador auto-operado, ambos dispositivos están integrados en uno solo. Los controles auto-operados utilizan la energía desarrollada por el elemento de medición y son muy simples y económicos.

Funcionamiento.- Supóngase que la presión de salida es inferior a la presión de referencia, según lo determina el punto de ajuste o regulación. Entonces la fuerza descendente del resorte es superior a la fuerza ascendente de la presión, produciéndose un desplazamiento del diafragma hacia abajo, lo que aumenta el flujo e incrementa, por tanto, la presión de salida.


Controladores de control

En controladores industriales es muy común encontrar los siguientes seis tipos de acción básica de control: de dos posiciones o de encendido-apagado, proporciona, integral, proporcional e integral, proporcional y derivativo y proporcional, derivativo e integral.


CONTROLANDO EL PROCESO .

Al llevar a cabo la función de control , el controlador automático usa la diferencia entre el valor de consigna y las señales de medición para obtener la señal de salida hacia la válvula . La precisión y capacidad de respuesta de estasseñales es la limitación básica en la habilidad del controlador para controlarcorrectamente la medición .

Si el transmisor no envía una señal precisa , o si existe un retraso en la medición de la señal , la habilidad del controlador para manipular el proceso serádegradada . Al mismo tiempo , el controlador debe recibir una señal de valor de consigna precisa (set-point ) . En controladores que usan señales de valor de consigna neumática o electrónica generadas dentro del controlador , un falla de calibración del transmisor de valor de consigna resultará necesariamente en quela unidad de control automático llevará a la medición a un valor erróneo . la habilidad del controlador para posicionar correctamente la válvula es tambiénotra limitación . Si existe fricción en la válvula , el controlador puede no estar en condiciones de mover la misma a una posición de vástago específica paraproducir un caudal determinado y esto aparecerá como una diferencia entre la medición y el valor de consigna .


Intentos repetidos para posicionar la válvula exactamente pueden llevar a una oscilación en la válvula y en la medición , o , si el controlador puede sólomover la válvula muy lentamente , la habilidad del controlador para controlar el proceso será degradada . Una manera de mejorar la respuesta de las válvulas de control es el uso de posicionadores de válvulas , que actúan como un controladorde realimentación para posicionar la válvula en la posición exacta correspondientea la señal de salida del controlador . Los posicionadores , sin embargo , deberíanser evitados a favor de los elevadores de volumen en lazos de respuesta rápidacomo es el caso de caudal de líquidos a presión . Para controlar el proceso , el cambio de salida del controlador debe estar en unadirección que se oponga a cualquier cambio en el valor de medición.


La figura 3 muestra una válvula directa conectada a un control de nivelen un tanque a media escala . A medida que el nivel del tanque se eleva , el flotador es accionado para reducir el caudal entrante , así , cuanto mas alto sea el nivel del líquido mayor será el cierre del ingreso de caudal . De la misma manera , medida que el nivel cae , el flotante abrirá la válvula para agregar mas líquido al tanque . La respuesta de éste sistema es mostrada gráficamente .


Acción de control de dos posiciones

(Encendido-Apagado)Para un controlador de acción reversa y una válvula del tipo presión-

para-cerrar . El controlador Si/No tiene dos salidas que son para máxima aperturay para apertura mínima , o sea cierre . Para este sistema se ha determinado quecuando la medición cae debajo del valor de consigna , la válvula debe estarcerrada para hacer que se abra ; así , en el caso en que la señal hacia el controlador automático esté debajo del valor de consigna , la salida del controlador será del 100% . A medida que la medición cruza el valor de consignala salida del controlador va hacia el 0% .


Acción de control proporcional

La respuesta proporcional es la base de los tres modos de control , si losotros dos , acción integral (reset) y acción derivativa están presentes , éstos son sumados a la respuesta proporcional . “Proporcional” significa que el cambiopresente en la salida del controlador es algún múltiplo del porcentaje de cambio en la medición .

Este múltiplo es llamado “ganancia” del controlador . Para algunoscontroladores , la acción proporcional es ajustada por medio de tal ajuste de ganancia , mientras que para otros se usa una “banda proporcional” . Ambos tienenlos mismos propósitos y efectos .


La figura ilustra la respuesta de un controlador proporcional por mediode un indicador de entrada/salida pivotando en una de estas posiciones . Con el pívot en el centro entre entrada y salida dentro del gráfico , un cambio del 100% en la medición es requerido para obtener un 100% de cambio en la salida. Un controlador ajustado para responder de ésta manera se dice que tiene una bandaproporcional del 100% . Cuando el pívot es hacia la mano derecha , la mediciónde la entrada debería tener un cambio del 200% para poder obtener un cambio de salida completo desde el 0% al 100% , esto es una banda proporcional del 200% . Si el pívot estuviera en la posición de la mano izquierda y la medición se movieracerca del 50% de la escala , la salida cambiaría 100% en la escala . Esto es un valor de banda proporcional del 50% . Por lo tanto , cuanto mas chica sea la banda proporcional , menor será la cantidad que la medición debe cambiar para el mismo tamaño de cambio en la medición . En otras palabras , menor bandaproporcional implica mayor cambio de salida para el mismo tamaño de medición . Esta misma relación está representada por la figura 8 .


Para cualquier lazo de control de proceso sólo un valor de la bandaproporcional es el mejor . A medida que la banda proporcional es reducida , la respuesta del controlador a cualquier cambio en la medición se hace mayor y mayor . En algún punto dependiendo de la característica de cada proceso particular , la respuesta en el controlador será lo suficientemente grande como para controlar quela variable medida retorne nuevamente en dirección opuesta a tal punto de causarun ciclo constante de la medición . Este valor de banda proporcional , conocido comola última banda proporcional , es un límite en el ajuste del controlador para dicholazo . Por otro lado , si se usa una banda proporcional muy ancha , la respuesta del controlador a cualquier cambio en la medición será muy pequeña y la medición no será controlada en la forma suficientemente ajustada . La determinación del valor correcto de banda proporcional para cualquier aplicación es parte del procedimientode ajuste ( tunin procedure ) para dicho lazo . El ajuste correcto de la bandaproporcional puede ser observado en la respuesta de la medición a una alteración.


Acción de control IntegralEsta función es llamada acción integral o reset . La respuesta del lazo

abierto del modo reset es mostrada en la figura 10 , que indica un escalón de cambio en algún instante en el tiempo . En tanto que la medición estuviera en suvalor de consigna , no existiría ningún cambio en la salida debido al modo de reset en el controlador

Sin embargo , cuando cualquier error exista entre la medición y el valor de consigna , la acción de reset hace que la salida comience a cambiar y continúe cambiando en tanto el error exista . Esta función , entonces , actúasobre la salida para que cambie hasta un valor correcto necesario para mantenerla medición en el valor de consigna a varias cargas sea alcanzado . Estarespuesta es agregada a la banda proporcional del controlador según se muestraen la figura 11 .


La correcta cantidad de acción reset depende de cuan rápido la mediciónpuede responder al recorrido adicional de válvula que la misma causa .

El controlador no debe comandar la válvula mas rápido que el tiempomuerto en el proceso , permitiendo que la medición responda , o de otra manerala válvula ira a sus límites antes de que la medición pueda ser retornadanuevamente al valor de consigna . La válvula se mantendrá entonces en suposición extrema hasta que la medición cruce el valor de consigna en la direcciónopuesta . El resultado será un ciclo de reset en el cual la válvula se desplaza de un extremo al otro a medida que la medición oscila alrededor del valor de consigna . Cuando el reset es aplicado en los controladores en procesos en serie en que la medición está alejada del valor de consigna por largos períodos entre series , el reset puede llevar la salida a un máximo resultando en una oscilación de reset . Cuando la próxima serie se inicie , la salida no alcanzará su máximo hasta que la medición cruce el valor de consigna produciendo grandes desviaciones . El problema puede ser prevenido mediante la inclusión de una “llave de serie” en el controlador .


Acción de control DerivativoLa tercer respuesta encontrada en controladores es la acción derivativa . Así

como la respuesta proporcional responde al tamaño del error y el reset responde al tamaño y duración del error , el modo derivativo responde a la cuan rápido cambia el error . En la figura 12 , dos respuestas derivativas son mostradas .

La primera es una respuesta a un corte en la medición alejada del valor de consigna . Para un escalón , la medición cambia en forma infinitamente rápida , y el modo derivativo del controlador produce un cambio muy grande y repentino en la salida , que muere inmediatamente debido a que la medición ha dejado de cambiarluego del escalón . La segunda respuesta muestra la respuesta del modo derivativo a una medición que está cambiando a un régimen constante .


La salida derivativa es proporcional al régimen de cambio de éste error . Cuanto mayor sea el cambio , mayor será la salida debido a la acción derivativa . La acción derivativa mantiene ésta salida mientras la medición esté cambiando . Tan pronto como la medición deja de cambiar , esté o no en el valor de consigna , la respuesta debido a la acción derivativa cesará . Entre todas las marcas de controladores , la respuesta derivativa es comúnmente medida en minutos como se indica en la figura 13 .

El tiempo derivativo en minutos es el tiempo que la respuesta proporcionaldel lazo abierto mas la respuesta derivativa está delante de la respuesta resultantedel valor proporcional solamente . Así , cuanto mas grande sea el número derivativomayor será la respuesta derivativa . Los cambios en el error son un resultado de loscambios tanto en el valor de consigna como en la medición o en ambos .


Para evitar un gran pico causado por las escalones de cambio en el valor de consigna , la mayoría de los controladores modernos aplican la acciónderivativo sólo a cambios en la medición .La acción derivativa en loscontroladores ayuda a controlar procesos con constantes de tiempoespecialmente grandes y tiempo muerto significativo , la acción derivativa esinnecesaria en aquellos procesos que responden rápidamente al movimiento de la válvula de control , y no puede ser usado en absoluto en procesos con ruidoen la señal de medición , tales como caudal , ya que la acción derivativa en el controlador responderá a los cambios bruscos en la medición que el mismoobserva en el ruido . Esto causará variaciones rápidas y grandes en la salida del controlador , lo que hará que la válvula esté constantemente moviéndose haciaarriba o hacia abajo , produciendo un desgaste innecesario en la misma .


La figura 14 muestra un acción combinada de respuesta proporcional , reset y acción derivativa para la medición de temperatura de un intercambiador de calorsimulado que se desvía del valor de consigna debido a un cambio de carga . Cuando la medición comienza a desviarse del valor de consigna , la primera respuesta del controlador es una respuesta derivativa proporcional al régimen de variación de la medición que se opone al movimiento de la medición al alejarse del valor de consigna.

La respuesta derivativa es combinada con la respuesta proporcional agregada , a medida que el reset en el controlador ve el error incrementarse , el mismo controla la válvula mas fuerte aún . La acción continúan hasta que la medición deja de cambiar , entonces la acción derivativa se detiene . Dado que existe aún un error , la medición continúa cambiando debido al reset , hasta que la medición comienza a retornar hacia el valor de consigna . Tan pronto como la medición comienza a moverse retornando hacia el valor de consigna , aparece una acción derivativa proporcional al régimen de cambio en la variación oponiéndose al retorno de la medición hacia el valor de consigna .


Conceptos importantes1.- Para alcanzar el control automático , el lazo de control deberá estar cerrado . 2.- Para tener una lazo realimentado de control estable , el ajuste mas importante del

controlador es la selección de la acción correcta , sea directa o inversa . La incorrectaselección de ésta acción hará que la salida del controlador sea inestable , y por lo tantola elección correcta hará que la salida del controlador cambie de tal manera que el movimiento de la válvula se oponga a cualquier cambio en la medición detectada por el controlador .

3.- El valor correcto de los ajustes de banda proporcional , reset , y tiempo derivativodependen de las características del proceso , cabe consignar que en los controladoresactuales dichos valores se pueden detectar en forma automática , ya que el controladordispone de un modo en que produce alteraciones controladas , y dentro de ciertoslímites establecidos previamente por el operario , en la salida se miden los resultadosdel proceso para una cierta cantidad de ciclos de alteración , en base a éstecomportamiento puede detectar cuál es el mejor conjunto de ajustes para controlar un proceso mediante el software interno del aparato .

4.- La función del modo reset (también llamado acción integral ) es para eliminar el offset . Si mucho valor de offset es usado es resultado será una oscilación de la medicióncuando el controlador acciona la válvula de un extremo al otro . Si un valor muy bajode reset es usado , el resultado será que la medición retorna al valor de consigna maslentamente que lo posible .

5.- El modo derivativo se opone a cualquier cambio en la medición . Una acción derivativamuy pequeña no tiene efecto significativo , una acción con valores muy altos provocauna respuesta excesiva del controlador y un ciclo en la medición .


Control Proporcional Derivativo

La acción de control derivativo proporciona una señal de control proporcional a la velocidad de cambio de la señal de error. Como se ha indicado anteriormente, puesto que el controlador no genera ninguna salida a menos que el error cambie, no se suele utilizar como acción única. Se combina con una acción Proporcional (Controlador P-D) para eliminar los errores constantes. Resulta una señal de control de tipo:


La salida del controlador puede variar cuando hay un error cambiando constantemente. Hay un cambio inicial rápido en la salida del controlador a causa de la acción derivativa seguida de un cambio gradual debido a la acción proporcional. El principal parámetro que caracteriza a la acción derivativa es el tiempo de acción derivativa , expresada en segundos de anticipo. Representa el tiempo con que la acción derivativa se anticipa al efecto de la acción proporcional sobre el elemento final de control. Cuando se dispone de valores excesivamente estrechos de la acción derivativa, es decir, pocos segundos de anticipo en la acción de control, no hay posibilidad de una buena predicción de hacia donde se dirige el proceso y no se eliminan las oscilaciones residuales. Por el contrario, cuando se trabaja con valores excesivamente altos de la acción derivativa, puede provocarse una gran inestabilidad en el sistema. Dado que, principalmente se utiliza este parámetro para estabilizar el estado estacionario, un valor adecuado al mismo será (en segundos) del orden de 1/10 el periodo de oscilación del sistema controlado. Este controlador presenta el problema de que un cambio de carga requiere un error de desplazamiento (offset), debido a la acción proporcional.


La acción derivativa tiene una ventaja al anticiparse al error, sus desventajas son que amplifica las señales de ruido y produce un efecto de saturación en el actuador. Nunca se usará una sola acción de control derivativo, porque este control es efectivo durante períodos transitorios solamente.

Diagrama de bloques de un controlador proporcional-derivativo. Representan una entrada rampa unitaria y salida del controlador


Controlador Proporcional/Integral "PI"

La acción de control está dada, en el tiempo, por:

El tiempo integral suele tomar valores en el rango de 0,1 a 50 minutos. pero, en variable desviación, c’(t):

c’(t)=c(t)-cS(t)

entonces, la Función de Transferencia del Controlador P es: GC(s)=KC {(1+ 1/(tIs)}

Diagrama de bloques de un controlador P-I. Representan una entrada escalón unitario y salida del controlador.


Controlador Proporcional/Integral/Derivativo "PID"

La acción de control está dada por:

cuya función de transferencia es:GC(s) = KC { (1+ 1/(tIs) + tDs }

Diagrama de bloques de un controlador P-I-D; representan una entrada rampa unitaria y la salida del controlador


Controladores NeumáticosEn el campo de la ingeniería, el término neumático describe sistemas fluídicos

que utilizan aire o gases, mientras que el término hidráulico se reserva para los que utilizan aceite.

Los sistemas neumáticos se utilizan mucho en la automatización de maquinaria de producción y en el campo de los controladores automáticos. Por ej. Los circuitos neumáticos que convierten la energía del aire comprimido en energía mecánica gozan de amplia utilización y en la industria se encuentran conroladores neumáticos de diversos tipos. Como los sistemas neumáticos y los hidráulicos se comparan con frecuencia, a continuación se realizará una breve comparación de estos dos sistemas.

Comparación entre sistemas neumáticos e hidráulicos.- El fluido que por lo general se utilizan en los sistemas neumáticos es el aire y en los sistemas hidráulicos es el aceite.

•El aire y los gases se pueden comprimir, en tanto que el aceite no.

•El aire carece de propiedades lubricantes y siempre contiene vapor el agua.

•La presión de operación normal de los sistemas neumáticos es considerablemente inferior a la de los sistemas hidráulicos.

•La potencia de salida de los sistemas neumáticos es considerablemente inferior a la de los sistemas hidráulicos.


Amplificadores neumáticos de tobera-aletaEn la siguiente figura se muestra el diagrama de un amplificador neumático de

tobera-aleta. La fuente de potencia para este amplificador es una provisión de aire a presión constante. El amplificador de tobera-aleta convierte las pequeñas modificaciones en la posición de la aleta en grandes cambios de presión antes de la tobera. Así puede controlar una salida de gran potencia con la mínima potencia requerida para fijar la posición de la aleta.

Curva característica que relaciona la presión de la tobera y la distancia tobera-aleta.


Relevadores neumáticos

El relevador neumático puede controlar grandes flujos de aire. En la siguiente figura, al aumentar Pb antes de la tobera, el diafragma de la válvula se desplaza hacia abajo. La abertura hacia la atmósfera disminuye , mientras aumenta la apertura de la válvula neumática, con lo que se incrementa la presión de control Pc. Cuando el diafragma de la válvula cierra la abertura hacia la atmósfera, la presión de control se equipara a la presión del aire de suministro, Ps.

Diafragma relevador tipo no drenanteDiafragma relevador tipo drenante


Válvulas neumáticas

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y una porte de trabajo, Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito. En lenguaje internacional, el término "válvula" o "distribuidor" es el término general de todos los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.

Según su función, las válvulas se dividen en 5 grupos que son:

•Válvulas de vías o distribuidoras •Válvulas de bloqueo •Válvulas de presión•Válvulas de caudal •Válvulas de cierre

http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/desarrollo-del-lenguaje/desarrollo-del-lenguaje.shtml


Accionamiento de válvulasSegún el tiempo de accionamiento se distingue entre:

1. Accionamiento permanente, señal continua.La válvula es accionada manualmente o por medios mecánicos, neumáticos o eléctricos durante todo el tiempo hasta que tiene lugar el reposicionamiento. Este es manual o mecánico por medio de un muelle.2. Accionamiento momentáneo, impulsoLa válvula es invertida por una señal breve (impulso) y permanece indefinidamente en esa posición, hasta que otra señal la coloca en su posición anterior.Características de construcción de válvulas distribuidorasLas caracter fuerzaísticas de construcción de las válvulas determinan su duración, de accionamiento, racordaje y tamaño.Según la construcción, se distinguen los tipos siguientes:

Válvulas de asiento esféricodisco plano

Válvulas de corredera émboloémbolo y cursordisco giratorio

http://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtml

http://www.monografias.com/trabajos16/kaizen-construccion/kaizen-construccion.shtml#CARATER

http://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml


Controladores hidráulicosExcepto para los controladores neumáticos de baja presion, rara vez se ha

utilizado el aire comprimido para el control continuo de movimiento en dispositivos de masa significativa bajo fuerzas de carga externa. Para tales casos, se prefieren los controladores hidráulicos generalmente.

Los sistemas hidráulicos a base de aceite fueron desarrollados en la década de los años veinte y, desde aquellos lejanos tiempos, han ido perfeccionándose e incorporando nuevas tecnologías de control.

Esquema básico de un circuito convencional


Esencialmente un sistema hidráulico comprende la producción, transmisión y control de energía hidráulica, utilizando aceite como fluido. Se suministra energía al aceite, por lo general en forma de presión, mediante bombas, y se conduce a través de tuberías hasta motores o cilindros hidráulicos que se encargan de transformar la energía en trabajo. Las presiones utilizadas son relativamente elevadas, desde algunas decenas a varios cientos de kg/CM2.

Las modernas unidades están concebidas para poderlas ampliar según las necesidades.


Así pues, las bombas aspiran el aceite de un depósito, previamente hay que introducir un filtro que elimina posibles impurezas. Las bombas son generalmente de tipo rotativo, a base de engranajes, pero también pueden ser de pistón o incluso superiores a los 75 kg/CM2. Las bombas son accionadas directamente por motores eléctricos o bien van acopladas al motor principal. En el circuito se incorporan válvulas de seguridad, de dirección y de control de caudal, tuberías y finalmente el motor o cilindro hidráulico.

El grupo hidráulico es la base de toda instalación

Los cilindros hidráulicos constituyen el sistema de accionamiento más sencillo, pero cualquier bomba de las anteriormente descritas puede transformarse en motor con sólo suministrarles fluido a alta presión. La diferencia entre unos y otros es que los cilindros efectúan un

desplazamiento lineal y los motores o bombas convertidas generan un movimiento rotativo.

Unidad de potencia a base de cilindro lineal.


Ventajas y desventajas de los sistemas hidráulicos

Ventajas1. El fluido hidráulico actúa como un lubricante, además lleva el calor generado en el

sistema a un intercambiado de calor adecuado.

2. Los accionadores h hidráulicos pequeños comparativamente pueden desarrollar fuerzas o pares grandes.

3. Los accionadores hidráulicos tienen una velocidad de respuesta más ágil, con arranques rápidos, detenciones e inversiones de velocidad.

4. Los accionadores hidráulicos pueden operarse sin sufrir daño en forma continua, intermitente, en reversa o frenado.

5. La disponibilidad de accionadores tanto lineales como rotativos brinda flexibilidad en el diseño

6. Debido a la baja pérdida de los accionadores hidráulicos, la caída de velocidad al aplicar cargas es pequeña.


Desventajas1. No se dispone de la potencia hidráulica tan fácilmente como de la potencia

eléctrica.

2. El costo de un sistema hidráulico puede ser superior al de un sistema ele´ctricocomparable que realizará una función similar.

3. Si no se utilizan fluidos resistentes al fuego hay riesgo de incendio y explosión

4. Como es muy difícil mantener un sistema hidráulico libre de fugas, el sistema tiende a ser sucio.

5. El aceite contaminado puede causar fallas en el funcionamiento correcto de un sistema hidráulico

6. Como resultado de las no linealidades y otras características complejas, el diseño de sistemas hidráulicos sofisticados es sumamente complejo.

7. El general los circuitos hidráulicos tienen características de amortiguación pobres. Si un circuito hidráulico no se diseña adecuadamente, pueden aparecer y desaparecer algunos fenómenos de inestabilidad, según las condiciones de operación.


AplicaciAplicacióón de los Controladoresn de los Controladores


AplicaciAplicacióón de los Controladoresn de los Controladores

Aplicaciones mAplicaciones máás frecuentess frecuentesCalderas de vapor.Calderas de vapor.Secaderos y evaporadores.Secaderos y evaporadores.Hornos tHornos túúnel.nel.Columnas de destilaciColumnas de destilacióón.n.Intercambiadores de calor.Intercambiadores de calor.


Calderas de VaporCalderas de VaporLas calderas de vapor se utilizan en la Las calderas de vapor se utilizan en la mayormayoríía de las industrias. A la caldera se le a de las industrias. A la caldera se le exige mantener una presiexige mantener una presióón de trabajo n de trabajo constante para la gran diversidad de caudales constante para la gran diversidad de caudales de consumo de la factorde consumo de la factoríía, por lo cual debe a, por lo cual debe ser capaz de:ser capaz de:


a)a) Aportar energAportar energíía calora caloríífica suficiente para una fica suficiente para una buena combustibuena combustióón.n.

b)b) Los niveles deben ser mantenidos y Los niveles deben ser mantenidos y controlados dentro de limites previamente controlados dentro de limites previamente establecidos.establecidos.

c)c) Garantizar una llama segura en la Garantizar una llama segura en la combusticombustióón.n.

d)d) El sistema de control debe ser seguro en la El sistema de control debe ser seguro en la puesta en marcha, en la operacipuesta en marcha, en la operacióón y en el n y en el paro de la caldera.paro de la caldera.

e)e) El funcionamiento de la caldera debe ser El funcionamiento de la caldera debe ser optimo para lograr rentabilidad y economoptimo para lograr rentabilidad y economíía.a.


Control de CombustiControl de CombustióónnControl de NivelControl de NivelSeguridad de LlamaSeguridad de Llama


Control de CombustiControl de Combustióónn

La regulaciLa regulacióón de la combustin de la combustióón se basa en n se basa en mantener constante la presimantener constante la presióón de vapor en la n de vapor en la caldera, tomcaldera, tomáándose sus variaciones como una ndose sus variaciones como una medida de la diferencia entre el calor tomado medida de la diferencia entre el calor tomado de la caldera como vapor y el calor de la caldera como vapor y el calor suministrado.suministrado.


El controlador de la presiEl controlador de la presióón de vapor ajusta la n de vapor ajusta la vváálvula de control de combustible. La selvula de control de combustible. La seññal al procedente del caudal de aire es modificada por un procedente del caudal de aire es modificada por un relreléé de relacide relacióón para ajustar la relacin para ajustar la relacióón del aire y el n del aire y el combustible, y pasa a un controlador que la combustible, y pasa a un controlador que la compara con la secompara con la seññal de caudal de combustible. Si al de caudal de combustible. Si la proporcila proporcióón no es correcta, se emite una sen no es correcta, se emite una seññal al al al servomotor de mando del ventilador o a la vservomotor de mando del ventilador o a la váálvula lvula de mariposa, de modo que el caudal de aire es de mariposa, de modo que el caudal de aire es ajustado hasta que la relaciajustado hasta que la relacióón combustiblen combustible--aire es aire es correcta.correcta.


Control de NivelControl de NivelLa regulaciLa regulacióón del agua de alimentacin del agua de alimentacióón que n que establece el nivel de la caldera depende de establece el nivel de la caldera depende de muchos factores, del tipo de caldera, del tipo de muchos factores, del tipo de caldera, del tipo de bomba, etc.bomba, etc.El sistema de control de agua de alimentaciEl sistema de control de agua de alimentacióón, n, puede realizarse de acuerdo con la capacidad de puede realizarse de acuerdo con la capacidad de producciproduccióón de la caldera; segn de la caldera; segúún la siguiente n la siguiente tabla.tabla.


Seguridad de llamaSeguridad de llama

La detecciLa deteccióón de la llama es muy importante desde n de la llama es muy importante desde el punto de vista de seguridad. Los quemadores el punto de vista de seguridad. Los quemadores utilizados en los hornos o calderas, necesitan que utilizados en los hornos o calderas, necesitan que la llama sea estable y de calidad y que se mantenga la llama sea estable y de calidad y que se mantenga en estas condiciones mientras que el quemador esta en estas condiciones mientras que el quemador esta en marcha. Ante un fallo en la llama el sistema en marcha. Ante un fallo en la llama el sistema debe actuar inmediatamente excitando al circuito debe actuar inmediatamente excitando al circuito elelééctrico de enclavamiento previsto en la ctrico de enclavamiento previsto en la instalaciinstalacióón para que el sistema n para que el sistema ““caiga en caiga en seguridadseguridad””


Los detectores de llama aprovechan varias Los detectores de llama aprovechan varias caractercaracteríísticas de la llama para su funcionamiento:sticas de la llama para su funcionamiento:

Detector de calor.Detector de calor.Detector de ionizaciDetector de ionizacióónn--rectificacirectificacióón.n.Detectores de radiaciDetectores de radiacióón.n.

Exceptuando las calderas muy pequeExceptuando las calderas muy pequeññas el elemento as el elemento mmáás utilizado es el ultravioleta debido a que ofrece s utilizado es el ultravioleta debido a que ofrece una gran seguridad.una gran seguridad.


El El relreléé de llama conectado al detector puede de llama conectado al detector puede adoptar muchas formas, desde la madoptar muchas formas, desde la máás sencilla s sencilla alarma y paro de caldera hasta realizar funciones dealarma y paro de caldera hasta realizar funciones de

PrebarridoPrebarrido. Limpieza de los gases que puedes . Limpieza de los gases que puedes haberse acumulado desde la ultima combustihaberse acumulado desde la ultima combustióón.n.Encendido de la llama piloto.Encendido de la llama piloto.Encendido de la llama principal.Encendido de la llama principal.Paro de la instalaciParo de la instalacióón. Enclavamiento n. Enclavamiento

secuencial en el que intervienen: fallo de alarma, secuencial en el que intervienen: fallo de alarma, alarmaalarma de nivel de caldera, de nivel de caldera, prepreóóstatostato de baja de baja presipresióón de fuel.n de fuel.PostbarridoPostbarrido. Fase en la que se limpian los gases . Fase en la que se limpian los gases

quemadosquemados


Secaderos y EvaporadoresSecaderos y Evaporadores

Los secaderos tienen por objeto obtener el Los secaderos tienen por objeto obtener el producto sproducto sóólido con un mlido con un míínimo de humedad.nimo de humedad.Los evaporadores concentran el producto en Los evaporadores concentran el producto en forma liquida al evaporar el agua.forma liquida al evaporar el agua.


Secadero de evaporaciSecadero de evaporacióón rn ráápidapida

El secadero de evaporaciEl secadero de evaporacióón rn ráápida transporta el pida transporta el producto en una corriente de aire caliente y en producto en una corriente de aire caliente y en muy poco tiempo disminuye la humedad. Como es muy poco tiempo disminuye la humedad. Como es difdifíícil medir la temperatura del producto se cil medir la temperatura del producto se controla la temperatura variable que depende controla la temperatura variable que depende indirectamente de la humedad.indirectamente de la humedad.El control suele ser en cascada, siendo la variable El control suele ser en cascada, siendo la variable primaria la temperatura de salida y la variable primaria la temperatura de salida y la variable secundaria la temperatura despusecundaria la temperatura despuéés del horno. El s del horno. El control en normalmente PID.control en normalmente PID.


El quemador del horno tiene controles El quemador del horno tiene controles auxiliares, tales como vigilancia de llama, auxiliares, tales como vigilancia de llama, vváálvula de solenoide con rearme manual para lvula de solenoide con rearme manual para cerrar el paso del combustible, cerrar el paso del combustible, preostatospreostatos y y termostatos para alarma de mtermostatos para alarma de mááxima y mxima y míínima nima presipresióón y temperatura.n y temperatura.


Secadero RotativoSecadero Rotativo

Consiste en un cilindro de gran longitud en Consiste en un cilindro de gran longitud en éél se l se introduce el producto hintroduce el producto húúmedo y se hace circular a medo y se hace circular a travtravéés de s de éél aire caliente. El control suele ser en l aire caliente. El control suele ser en cascada PID.cascada PID.


Secadero de Doble Cilindro Secadero de Doble Cilindro RotativoRotativo

Fue uno de los primeros sistemas que se empleo Fue uno de los primeros sistemas que se empleo para secar. Consiste en dos cilindros rotativos para secar. Consiste en dos cilindros rotativos calentados con vapor que giran en sentidos calentados con vapor que giran en sentidos opuestos hacia adentro muy poco separados y opuestos hacia adentro muy poco separados y arrastrando una pelarrastrando una pelíícula del producto.cula del producto.


EvaporadoresEvaporadoresLos evaporadores tienen una producciLos evaporadores tienen una produccióón mn máás s regular. Segregular. Segúún el nn el núúmero de veces que la solucimero de veces que la solucióón n es calentada por la fuente de calor se tienen varios es calentada por la fuente de calor se tienen varios tipos:tipos:

De simple efectoDe simple efectoDe doble efectoDe doble efectoDe triple efectoDe triple efecto

Inclusive existen de mInclusive existen de máás efectos sin embargo no s efectos sin embargo no son comunes.son comunes.


Evaporador de Un Solo EfectoEvaporador de Un Solo Efecto

Se establece un caudal fijo de vapor a la calandria, Se establece un caudal fijo de vapor a la calandria, se controla el nivel de evaporador variando la se controla el nivel de evaporador variando la entrada del producto, y se regula la concentracientrada del producto, y se regula la concentracióón n midiendo la elevacimidiendo la elevacióón del punto de ebullicin del punto de ebullicióón y n y actuando sobre la salida del producto.actuando sobre la salida del producto.


Evaporador de triple efectoEvaporador de triple efecto


Horno THorno TúúnelnelLos procesos de cocciLos procesos de coccióón de algunos productos se n de algunos productos se basan en le mantenimiento de una curva de coccibasan en le mantenimiento de una curva de coccióón n que establece un programa preciso de temperatura que establece un programa preciso de temperatura distribuida de acuerdo con las tres zonas tdistribuida de acuerdo con las tres zonas tíípicas del picas del horno: precalentamiento, coccihorno: precalentamiento, coccióón y enfriamiento. n y enfriamiento. La temperatura se regula bLa temperatura se regula báásicamente en la zona de sicamente en la zona de coccicoccióón donde se encuentran los quemadores y los n donde se encuentran los quemadores y los valores deseados en la zona de precalentamiento se valores deseados en la zona de precalentamiento se alcanzan mediante la circulacialcanzan mediante la circulacióón de aire procedente n de aire procedente de la zona de enfriamientode la zona de enfriamiento


La medida de la temperatura se efectLa medida de la temperatura se efectúúa a regularmente con termopares, segregularmente con termopares, segúún las n las temperaturas alcanzadas.temperaturas alcanzadas.Los reguladores actLos reguladores actúúan o bien sobre una van o bien sobre una váálvula lvula de solenoide, o bien sobre vde solenoide, o bien sobre váálvulas neumlvulas neumááticas.ticas.La zona de cocciLa zona de coccióón puede dividirse en varias n puede dividirse en varias zonas de control y cada una suele estar regulada zonas de control y cada una suele estar regulada independientemente por un regulador todoindependientemente por un regulador todo--nada, nada, o flotante, o bien por un regulador proporcional o o flotante, o bien por un regulador proporcional o PI o PID.PI o PID.


TambiTambiéén es importante la regulacin es importante la regulacióón del tiro. n del tiro. Las dos tomas del controlador del tiro son Las dos tomas del controlador del tiro son conectadas a lados opuestos en la entrada o conectadas a lados opuestos en la entrada o salida de la zona de encendido que es la salida de la zona de encendido que es la posiciposicióón que normalmente da los mejores n que normalmente da los mejores resultados. El controlador actresultados. El controlador actúúa sobre el a sobre el ventilador de salida del aire manteniendo asventilador de salida del aire manteniendo asííel tiro deseado.el tiro deseado.


Columnas de DestilaciColumnas de DestilacióónnLa destilaciLa destilacióón consiste en separar una mezcla por n consiste en separar una mezcla por diferencia de composicidiferencia de composicióón entre un liquido y su n entre un liquido y su vapor. Esta operacivapor. Esta operacióón se lleva a cabo en las n se lleva a cabo en las columnas o torres de destilacicolumnas o torres de destilacióón donde por un n donde por un lado asciende el vapor de la mezcla hasta salir por lado asciende el vapor de la mezcla hasta salir por la cabeza de la columna y por el otro desciende el la cabeza de la columna y por el otro desciende el liquido hasta llegar a la base. En estos pasos tiene liquido hasta llegar a la base. En estos pasos tiene lugar una mezcla entre las dos fases, permitiendo lugar una mezcla entre las dos fases, permitiendo efectuarse extracciones a diferentes niveles de a efectuarse extracciones a diferentes niveles de a distintos niveles de la columna para obtenerse distintos niveles de la columna para obtenerse productos mproductos máás o menos pesados.s o menos pesados.


Las variables importantes que regulan el Las variables importantes que regulan el funcionamiento de la columna son funcionamiento de la columna son la presila presióón de la n de la cabeza de la columnacabeza de la columna, , el caudalel caudal, , la composicila composicióónn y y la temperatura de la alimentacila temperatura de la alimentacióón,n, el calor el calor aaññadidoadido, , las calorlas caloríías extraas extraíídasdas, , los caudales de los caudales de destiladodestilado y y de producto extrade producto extraíídos en la basedos en la base..La presiLa presióón en la columnan en la columna se regula mediante un se regula mediante un controlador de presicontrolador de presióón en cascada con un n en cascada con un controlador de caudal de los gases controlador de caudal de los gases incondensablesincondensablesque escapan del condensador.que escapan del condensador.El caudalEl caudal de la alimentacide la alimentacióón se regula con un n se regula con un controlador de caudal que mantiene a controlador de caudal que mantiene a ééste ste constante, gracias a una banda proporcional constante, gracias a una banda proporcional estrecha (alta ganancia).estrecha (alta ganancia).


La composiciLa composicióón de la alimentacin de la alimentacióónn es difes difíícil de cil de ajustar, de modo que es necesario actuar sobre la ajustar, de modo que es necesario actuar sobre la columna cuando se presentan cambios en la columna cuando se presentan cambios en la composicicomposicióón de la alimentacin de la alimentacióón. El cromatn. El cromatóógrafo es grafo es el analizador mel analizador máás utilizado.s utilizado.La temperatura de la alimentaciLa temperatura de la alimentacióónn se controla con se controla con un intercambiador de calor con vapor. La un intercambiador de calor con vapor. La temperatura se regula en cascada con el caudal de temperatura se regula en cascada con el caudal de vapor.vapor.El calor aEl calor aññadidoadido a la columna se controla con un a la columna se controla con un intercambiador de calor instalado en la base o parte intercambiador de calor instalado en la base o parte media de la columna. Un controlador de caudal de media de la columna. Un controlador de caudal de vapor ajusta estas calorvapor ajusta estas caloríías aportadas.as aportadas.


Las calorLas caloríías extraas extraíídasdas tiene lugar en el condensador tiene lugar en el condensador de los gases que salen de la cabeza de la columna. de los gases que salen de la cabeza de la columna. Un controlador de caudal de agua de refrigeraciUn controlador de caudal de agua de refrigeracióón n del condensador ajusta estas calordel condensador ajusta estas caloríías.as.El caudal de destiladoEl caudal de destilado se ajusta mediante un se ajusta mediante un controlador de nivel del condensador, en cascada controlador de nivel del condensador, en cascada con un controlador de caudal en la extraccicon un controlador de caudal en la extraccióón.n.El caudal del producto extraEl caudal del producto extraíídodo en la base esten la base estáárelacionado con el calor arelacionado con el calor aññadido en la columna y adido en la columna y esta regulado indirectamente por el controlador de esta regulado indirectamente por el controlador de nivel de la base de la columna.nivel de la base de la columna.


DestilaciDestilacióón del petrn del petróóleoleo


Intercambiadores de CalorIntercambiadores de CalorLa mayorLa mayoríía de los procesos industriales emplean a de los procesos industriales emplean intercambiadores de calor. Existen varios intercambiadores de calor. Existen varios sistemas para el control de los intercambiadores sistemas para el control de los intercambiadores de calor debido a que son muchos los factores de calor debido a que son muchos los factores que deben considerarse: la presique deben considerarse: la presióón del vapor o n del vapor o del fluido de alimentacidel fluido de alimentacióón, n, laslas fluctuacionesfluctuacionesen el caudal del producto, las variaciones de en el caudal del producto, las variaciones de temperatura del producto, en su calor especifico, temperatura del producto, en su calor especifico, los retardos del proceso, etc.los retardos del proceso, etc.


Control de Reactor en una Control de Reactor en una Central NuclearCentral Nuclear

En una central tEn una central téérmica convencional se utiliza una rmica convencional se utiliza una caldera de vapor con un quemador de fuelcaldera de vapor con un quemador de fuel--oil o gas. oil o gas. En la central nuclear la funciEn la central nuclear la funcióón realizada por la n realizada por la caldera es sustituida por el reactor nuclear caldera es sustituida por el reactor nuclear combinado con un sistema primario de refrigeracicombinado con un sistema primario de refrigeracióón n y generadores de vapor. En los dos sistemas, el y generadores de vapor. En los dos sistemas, el control del agua en la caldera y el de la turbina es control del agua en la caldera y el de la turbina es bbáásicamente el mismo, pero la caldera de la central sicamente el mismo, pero la caldera de la central ttéérmica es mrmica es máás compleja. En la central nuclear ss compleja. En la central nuclear sóólo lo se requiere el control del consumo del combustible se requiere el control del consumo del combustible nuclear.nuclear.

titulo: modo de control - instrumentaciÓn · instrumentación / ing. quirino jimenez d. acción de...

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