Es todo proceso, dispositivo o situación cuyo comportamiento es susceptible de cambio ante determinadas variables. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS MODELO
Es la representación matemática del comportamiento del sistema. Se basa en la relación de las señales de entrada-salida.
CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS
SEÑALES
Transmiten la información del sistema (entradas – salidas)
Deben conocerse para poder realizar el modelo de control
Según el tipo de información se dividen en:
discretas analógicas PERTURBACIONES Son las señales que no se pueden medir, son impredecibles.
¿Qué queremos? Cuando el estado deseado se desvíe de lo que queremos a causa de una “interferencia”, el control debe actuar rápidamente para restituir el estado anterior.
La vuelta al estado anterior a la “interferencia” debe ser con las mínimas desviaciones posibles.
El sistema de control debe mantener la salida dentro de unos límites. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS
SISTEMA Abrir válvula Aumentar temperatura CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS
Comportamiento estático
La relación entre las variables de entrada y las variables de salida de un sistema técnico en su condición de estado estable. Comportamiento dinámico
Las señales de entrada y salida cambian durante el funcionamiento del equipo (arranque, parada, perturbaciones…) Las relaciones entre estos cambios de señales en relación con el tiempo se conocen como comportamiento dinámico. CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS
Tiempo de respuesta lento (Calentamiento de agua). CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS
Tiempo de respuesta rápido (Control de caudal) CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS
Bomba Motor de corriente continua Entrada: Tensión (0 … 24V) Salida: Caudal (0 … 10 l/min) CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS
Caudalímetro Entrada: Caudal (0,5 … 15 l/min) Salida: Frecuencia (13 … 1200 Hz) CONTROL DE PROCESOS: CONCEPTOS BÁSICOS
COMPONENTES: SENSORES Y ACTUADORES Los actuadores transforman las señales eléctricas de control en magnitudes físicas. Los sensores transforman las magnitudes físicas del sistema en señales eléctricas o mecánicas que proporcionan información al sistema de control.
Digitales (sensores) Analógicos (transductores)
Válvulas
Para regular y controlar el flujo de un sistema de tuberías. Regulan variando su resistencia al caudal que las atraviesa. asiento (Gp:) corredera
(Gp:) bola
COMPONENTES: ACTUADORES
pistón mariposa servocontrol Válvulas diafragma COMPONENTES: ACTUADORES
Válvulas Los fabricantes dan las características de sus productos basándose en unos parámetros preestablecidos. En válvulas se utiliza el caudal nominal estándar, dando como resultado de las pruebas el factor kv (engloba tamaño y carrera). La relación de kv y la salida se denomina curva característica, y puede ser lineal o de igual porcentaje. COMPONENTES: ACTUADORES
Bombas centrífugas Proporcionan la energía al circuito. (Gp:) aspiración
centrífuga Cámara semicerrada
Fuerza centrífuga como impulsión
Limitaciones de altura de impulsión y de aspiración
Grandes caudales a poca presión
Líquidos viscosos, con partículas en suspensión.
Puede aparecer cavitación
Necesidad de válvula antirretorno
Velocidad constante o como elemento regulador COMPONENTES: ACTUADORES
Bombas de pistones Cámara cerrada
Pequeños caudales a alta presión
Diafragma para medios agresivos
COMPONENTES: ACTUADORES
Bombas lobulares Impulsión suave
Presiones bajas
Peristálticas para dosificación, no tienen contacto con el medio.
De tornillo para materiales viscosos COMPONENTES: ACTUADORES
Bombas de reacción La impulsión se realiza por aspiración del fluido con la ayuda de un medio propelente ( 1: agua, aire, vapor…)
También se utilizan para generar vacío por aspiración.
COMPONENTES: ACTUADORES
Temperatura – termómetros de resistencia
Resistencia de Platino o Níquel Precisos (-200ºC a 800ºC) Basados en el cambio de resistencia debido a la temperatura (corriente fija -> cambio de tensión) Pt100 Pt500 COMPONENTES: SENSORES
Temperatura – termopares
Basados en el efecto termoeléctrico La unión debe referenciarse, pues depende del material y de la temperatura de trabajo. Delicados a la hora de conectar (bornas especiales) Medida de temperatura en hornos, maquinaria… COMPONENTES: SENSORES
Temperatura – PTC . NTC
Termistores Elementos semiconductores La resistencia varía con la temperatura PTC – R aumenta con T NTC – R disminuye con T
Alta sensibilidad Grandes tolerancias (Gp:) NTC
(Gp:) PTC
Protección de circuitos eléctricos, motores… COMPONENTES: SENSORES
Caudal – volumétricos
Miden el volumen que los atraviesa y lo transforman en r.p.m o frecuencia Para amplios rangos de caudal y viscosidad COMPONENTES: SENSORES
Caudal – presión diferencial
Miden la diferencia de presión del líquido al atravesar una sección menor de tubo (V aumenta y P disminuye) COMPONENTES: SENSORES
Caudal – Área variable
Denominados rotámetros Observación visual directa (oscilaciones, paralaje…) El peso del indicador se equilibra con el caudal del flujo que lo rodea. COMPONENTES: SENSORES
Nivel – digitales
Digitales (flotadores, ópticos, conductividad, capacitivos…) COMPONENTES: SENSORES
Nivel – analógicos
Llamados también transmisores de nivel COMPONENTES: SENSORES
Presión
Analógicos (transductores de presión)
Digitales (presostatos, vacuostatos) COMPONENTES: SENSORES SDE1 SDE5 PEV
COMPONENTES: SIMBOLOGÍA ACTUADORES Actuador manual Actuador diafragma Actuador motorizado válvula controlador Controlador PI Válvula con actuador de diafragma y posicionador incorporado La representación se atiene a normas DIN 1946, 2429, 2481…
COMPONENTES: SIMBOLOGÍA SENSORES La representación se atiene a normas DIN 1946, 2429, 2481… Sensor temperatura ajustable visualizador Sensor nivel Sensor caudal Sensor presión Transductor presión-salida eléctrica Transductor corriente-salida neumática
La información (entradas y salidas) se transmite mediante señales estandarizadas COMPONENTES: SEÑALES Eléctricas
4…20 mA (preferiblemente) 0…20 mA 0…10 V -10 V…+10 V RELÉ (libre de potencial) Termopares
La utilización de cada tipo de señal dependerá de la aplicación y su entorno (distancias, interferencias, ….)
REGULACIÓN La regulación de un sistema pretende mantener ciertos parámetros del mismo dentro de unos márgenes deseables para el proceso. La regulación de sistemas se dividirá en:
Regulación sin realimentación (lazo abierto) Regulación con realimentación (lazo cerrado)
Un sistema en lazo abierto es, básicamente, un control manual.
Confiamos en la respuesta del sistema en función de comportamientos anteriores.
No tenemos información del resultado de la acción (La variable de salida no influye en la variable de entrada) Ducha Consigna manual: más caliente o más frío Perturbación: Abren al agua fría: te escaldas Abren el agua caliente: te congelas Lavavajillas Consigna manual: programa de lavado Perturbación: Vajilla MUY sucia y poco jabón o abrillantador REGULACIÓN: CONCEPTOS
Un sistema en lazo cerrado es un control automático.
Cuando, en un proceso, la variable regulada es continuamente supervisada y comparada con la variable de referencia. Según el resultado de la comparación, la variable de entrada cambia para ajustar la salida al valor deseado.
Aparece el concepto de realimentación. Horno Consigna: Temperatura deseada Resultado: Temperatura real (medida) Acción: Calentar o enfriar
Perturbación: Abren la puerta: baja la temperatura REGULACIÓN: CONCEPTOS
ESTABILIDAD
Un sistema estable conseguirá que la variable regulada (X) esté siempre muy próxima a la consigna (W) (Sistema Estable)
Dependiendo del ajuste, pueden aparecer oscilaciones transitorias (Sistema Estable)
Un mal ajuste dará lugar a oscilaciones continuas o muy prolongadas en el tiempo (Sistema Inestable) Un sistema inestable puede dañar los elementos de control o estropear el resultado del proceso. En la práctica, los sistemas de regulación en lazo cerrado deben ser estables. REGULACIÓN: CONCEPTOS
REGULACIÓN: CONCEPTOS
Un regulador compara el valor medido (valor actual, variable de proceso, PV) con el valor deseado (Consigna, Setpoint, SP) y, a continuación, emite la variable manipulada (Controller output, CO) Cada sistema requiere un tipo de regulación diferente. Hay dos tipos:
Acción continua Acción discontinua (ON-OFF) REGULACIÓN: CONCEPTOS
Acción discontinua La variable manipulada tiene valores preestablecidos El regulador típico discontinuo es el termostato La variable manipulada cambia cíclicamente, apareciendo un fenómeno oscilatorio (Hunting) Acción continua La variable manipulada cambia continuamente en función de la desviación del sistema.
REGULACIÓN: CONCEPTOS
Acción discontinua
Regulación de dos puntos (ON – OFF) 0% o 100% de potencia de control Control sencillo, sin pretensiones. Error limitado por la banda proporcional REGULACIÓN: CONCEPTOS
La regulación ON-OFF, o de dos posiciones REGULACIÓN: CONCEPTOS
Acción continua
La salida puede tomar infinidad de valores intermedios (resolución) El error será mínimo Ajuste complicado (parámetros P,I,D) REGULACIÓN: CONCEPTOS
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