Instrumentacion y Control 3 y 4 Unidad

 

IN ST IT UT

 

Índice ........................................ ........................................ ....................................... ....................................... .......................... ...... 2 Introducción .................... Técnicas de control..............................................................................................3 Control de relación (Ratio control).........................................................................4

Relación de caudales..........................................................................................4 Relación caudal parcial a caudal total....................................................................5 Relación de cantidades........................................................................................6 Control en cascada.................. ...................................... ........................................ ........................................ ..................................... ................. 7

Cuando utilizar el control en cascada y criterios de diseño......................................10  Ajuste del controlador en cascada.......................................................................11 Control Anticipativo/feedforward.........................................................................12

Teoría Teoría del control feedforward .............................................................................13 Reajuste por medio de feedback.........................................................................14 Otras técnicas....................................................................................................15

Control inferencial.............................................................................................15 Control adaptativo.............................................................................................16 Control selectivo...............................................................................................17 Control incremental...........................................................................................18 Control de ama partida.....................................................................................19 Control !ultivariable..........................................................................................21 Aplicaciones industriales....................................................................................22

 Aplicación de control de relación.........................................................................22  Aplicación de sistema en cascada.......................................................................24 ...............................25  Aplicación de sistema anticipativo a un intercambiador de calor ...............................25  Aplicación control inferencial "reflujo interno en columna columna de destilación#...................27

 Aplicación del control adaptativo.........................................................................27  Aplicación del sistema de control selectivo selectivo............................................................28  Aplicación del sistema de control incremental incremental........................................................29  Aplicación del sistema de control ama ama partida.....................................................30  Aplicación de sistema de control !ultivariable !ultivariable.......................................................31 Conclusiones..................................................................................................32

........................................ ........................................ ......................................................... ............................................ ....... 33 Bibliografa....................

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Introducción $a tecnoloía %a coe&istido con el %ombre desde tiempos inmemorables' tiempos en los cuales sucesos tan pe(ueños pe(ueños (ue pensamos (ue pasaría pasarían n desape desapercibid rcibidos os el %ombre los observo' comprendió y utilizo a su favor para poder tener una calidad de vida mejor) !ediante !edian te el tiempo tiempo (ue el %om %ombre bre %a ido evolucio evolucionan nando do la tecnol tecnoloí oía a lo %a ayudado a (ue esto ocurra' este %a utilizado %erramientas (ue le %an sido proporcionadas por la tecnoloía (ue %a permitido satisfacer sus necesidades' desde el descubrimiento por accidente del fueo (ue le ayudo para mantenerse caliente y poder cocinar sus alimentos)  Así de esta manera' el %ombre comenzó un laro camino mano a mano con estas %erramientas y mediante el paso del tiempo ad(uirió conocimientos con los cuales paso de tener (ue utilizar dos piedras y mediante rozamiento desprende unas c%ispas (ue provocan fueo) *sto con el paso del tiempo avanzo tecnolóicamente %asta llear a los encendedores (ue utilizamos %oy en día (ue b+sicamente tienen el mismo principio (ue el %ombre descubrió %ace miles de años' estos avances tecnolóicos fueron avanzando %asta el día de %oy' estos avances tecnolóico nos ofrecieron %erramientas y m,todos mediante los cuales somos capaces de controlar un proceso el cual (ueramos optimizar para de esta manera obtener beneficios) *stas %erramientas o m,todos son las t,cnicas de control' este control se efect-a medi me dian ante te un r ran an y comp comple lejo jo conj conjun unto to de comp compon onen ente tess (u (ue e van van de desd sde e componentes mec+nicos' %idr+ulicos' el,ctricos.electrónicos' (ue se interconectan para pa ra re reco coe err info inform rmac ació ión n acer acerca ca de dell func funcio iona nami mien ento to comp compar aran ando do este este funcionamiento con datos previos para controlar' continuar o modificar el proceso para pa ra llllea earr al re resu sultltado ado (u (ue e be benef nefic icie ie mejo mejorr al pr proce oceso so al (ue (ue lo esta estamos mos aplicando) *n este trabajo conoceremos un poco acerca de estas t,cnicas de control como lo son/ el control de relación' control en cascada' control anticipativo y otras t,cnicas como su aplicación industrial (ue son de necesidad para el beneficio del %ombre)

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Técnicas de control

 A medida (ue avanzan las t,cnicas de control (ue se aplican a la fabricación de instru ins trumen mentos tos'' los usua usuario rioss de est estos os inst instrume rumento ntoss obt obtien ienen en %er %errami ramient entas as m+s poderosas para poder realizar un proceso con mayor calidad' tiempos de proceso y de entrea m+s cortos y costos sinificativamente) Cuando se aplica una t,cnica de control a al-n proceso' este implica (ue el usuario debe de tener un conocimiento amplio y basto acerca de todas y cada una de las variables (ue tienen (ue ver con el proceso) *stas tecnoloías las aplicamos con el fin de lorar un control (ue sea reulatorio' optimo y eficaz sobre las variables de inter,s (ue en alunas ocasiones tienen situaciones de estados inestables' innecesarios e indeseados (ue afectan el proceso con perturbaciones (ue pueden ser internas y e&ternas) *sto en consecuencia nos orilla a eleir la t,cnica correcta (ue debe aplicarse al sistema (ue va a estar determinado por la naturaleza del proceso (ue estemos realizando' al control (ue (ueramos darle y al objetivo al cual (uerremos llear)

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Control de relación (Ratio control)

Como su nombre lo da a entender el control por relación nos permite mantener  constante la relación de uno o m+s flujos' entre ejemplos (ue e&isten' incluye cuando todas las mañanas nos levantamos y le abrimos a la llave del aua sentimos (ue esta sale fría lo (ue %acemos es (ue inmediatamente abrimos la llave del aua caliente y de esta manera obtenemos una temperatura particular en la mezcla (ue nos permite bañarnos sin sufrir frio o aluna (uemadura por lo caliente del aua' la mezcla y proporción de reactivos (ue se utilizaran en un reactor (uímico' la mezcla de los componentes de la asolina' entre otros)

Relación de caudales *n el sistema en el cual se van a controlar una variable (ue ser+ la secundaria relacionada a otra variable principal) 0n ejemplo típico es la relación li(uido. vapor  en un pro proce ceso so de ab absor sorci ción' ón' en do dond nde e se ca capt ptura uraran ran o co cond ndesa esara ran n ci ciert ertos os componentes de una corriente de as mediante un absorbente lí(uido) $a 1maen 2o)3 2o )3 mues muestr tra a un ab absor sorbed bedor or en el (u (ue e se el elim imin ina a 45 456 6 (u (ue e util utiliz izara ara co como mo absorbe abs orbente nte !ono *tan *tanol ol Am Amina ina'' el caudal de alime alimenta ntació ción n contie contiene ne el as a absorber' la variable manipulada es el caudal del absorbente' en el absorbedor es importante resaltar la relación $.7' sujeta a reajustes debido a variaciones en la composición de alimentación)

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*ste tipo *ste tipo de pr proc oces eso o ne nece cesi sita ta un sist sistem ema a feed feedfo ford rdwa ward rd.a .ant ntic icip ipat ativ ivo o (u (ue e posteriormente en este trabajo se e&plicara para mayor entendimiento como el (ue aparece m+s abajo en la 1maen 2o)6 este sistema se ocupara para mantene mantenerr la relación $.7) *sta relación mantiene la concentración de la corriente de fondo' o bien de cabeza' dependiendo de la calidad del producto (ue deseamos obtener)

Imagen No.2

Relación caudal parcial a caudal total Este tipo de sistema lo obse!amos en la Imagen No. 3" #$e se $tili%a po di&eentes a%ones 'omo( 1. )onde )onde no se p$ede medi medi el 'a$dal 'a$dal de de pet$ba'i pet$ba'i*n *n denominado denominado +. +. 2. )onde )onde se desea a,adi a,adi el l-#$id l-#$ido o en ela'i*n ela'i*n al al total #$e #$e se tiene. tiene. 3. Sabe Sabe #$e ese total 'ontiene 'ontiene el po po'e 'entae ntae deseado deseado del del 'omponente 'omponente denominado /" #$e se $tili%aa $tili%aa paa me%'la me%'la 'omponentes.

Imagen No.3

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Relación de cantidades *ste sistema nos permite controlar la cantidad total de la variable secundaria en relación a la cantidad total de la variable primaria no controlada) 8btendremos una dosifi dos ificac cación ión m+s prec precisa isa (ue cando cando se con contro trolan lan cau caudal dales es inst instant ant+ne +neos) os) Al comp co mpara ararr ca cauda udales les to tota taliliza zados dos este este sist sistem ema a ma mant ntie iene ne el po porce rcent ntaj aje e de lo loss componentes de la mezcla de la forma m+s precisa y e&acta (ue podremos obtener) 0na de las 0na las ve vent ntaj ajas as (ue (ue tien tiene e es estte con onttro roll es (ue (ue pe perm rmit ite e (ue (ue e& e&iistan stan desviaciones temporales de una de las variables' ya (ue el sistema la compensa autom+ticamente) 8tra de estas ventajas es la ran utilidad (ue tiene en las mezclas de randes cantidades de producto' en los cuales es necesario (ue se añada compontes de forma e&acta) $a 1ma mae en n 2o 9 os pr pres esen enta ta un sist sistem ema a de co cont ntro roll de es estte tip tipo (u (ue e va acumulando el valor de la ejecución anterior m+s el actual' (ue nos dar+ como resultado un caudal acumulado (ue es el (ue utilizamos para llevar a cabo el control de relación)

Imagen No. 4

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Control en cascada

*ste tipo de control es uno de los m,todos m+s utilizados para reducir al mínimo perturbaciones entran un proceso *ste tipode detiempo controlde puede acelerar  la respuesta del(ue sistema deen control' reducelento) la constante la función de transferencia del proceso (ue relaciona la variable manipulada con la salida del mismo) *l control en cascada se define como la confiuración donde la salida de un controlador de realimentación es el punto de ajuste para otro controlador de real re alim imen enta taci ción ón'' el cont contro roll de casc cascad ada a invo involu lucr cra a sist sistem emas as de cont contro roll de realimentación o circuitos (ue est,n ordenados uno dentro del otro) *n la 1maen 2o) : podemos observar un diarama de blo(ues de un sistema de control de cascada) *n luar de ajustar el elemento final de control' la salida del controlador primario es el punto de ajuste del circuito de control secundario)

1maen 2o) : *l circuito de control secundario abarca solo una porción del proceso total en un sistema de orden menor' esto nos ofrece (ue el controlador puede ajustarse para (ue de esta manera obtenamos una respuesta muc%o m+s r+pida)

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*n la pr+ctica e&iste una ran cantidad de procesos con lazos simples de control feedba fee dback ck entre entre los (ue se pro produc duce e interac interacció ción) n) ;ara ;ara elimin eliminarl arla a es nec necesar esario io medirla y controlarla por medio de nuestro sistema de control en cascada en la fiura 2o)< podemos observar un ejemplo típico a partir del cual se va a reforzar el aprendizaje aprendi zaje del funcio funcionamien namiento to de este sistema aparte del conoci conocimiento miento (ue nos ofreció la 1maen 2o) :

1maen 2o)=

;ara controlar el nivel en el fondo de un recipiente se utiliza' un controlador (ue act-a sobre la v+lvula' en lo (ue el aua debajo de la v+lvula no produzca ninuna perturbación se producir+ un control aceptable) 4i se lleara a dar (ue la presión de auas abajo de la v+lvula disminuyera' la v+lvula dejara pasar m+s caudal' al %aber aumentado la diferencia de presión a trav,s de ella) Tomando la v+lvula como un orifico de restricción en el (ue antes y despu,s e&isten presiones ;3 y ;6 se puede aplicar la ecuación de c+lculo de caudal' (ue se e&presa/

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*sto %ar+ (ue al dismi disminuir nuir ;6 aumente el caudal de paso para la misma apertu apertura ra de v+lvula' se observara n cambio en la diferencia de presión ocasiona un cambio en el paso de caudal por la v+lvula' (ue modifi modifica ca el nivel del recipie recipiente' nte' en pocas pala pa labr bras as (u (ue la intera interacc ión n en entr etal ca caud udal alobservamos y nive nivell (u (ue e se pu pued ede e 2o)= am amort orti iua uar  r  efectuando ele control en cció cascada ytre como en la imaen

1maen 2o) = $leando a este punto podemos observar (ue un sistema de control de cascada utiliza dos controladores feedback' solo uno de ellos es denominado o esclavo' el controlador de nivel se le denominara master o primario' (ue se utiliza para fijar el punto de consina del secundario) $a variable a controlar es la medida del controlador primario y la del caudal secundario es una variable intermedia) *n el sistema de control en cascada' la din+mica dl lazo secundario debe ser m+s r+pida (ue la del primario' ya (ue de lo contrario puede ocasionar (ue no funcione correctamente)

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Cuando utilizar el control en cascada y criterios de diseño *l control en cascada es efectivo si el lazo interno es m+s r+pido (ue el lazo e&terno' si la perturbación principal afecta primero al lazo interno' un lazo de control en cascada no debería utilizarse si la constante de tiempo del lazo e&terno es por lo menos cuatro veces mayor (ue la constante de tiempo de lazo interno) *l con contr trol ol re real alim iment entad ado o pro prove vee e un buen buen fu funci ncion onam amie ient nto o a la lazo zo ce cerra rrado do si la fracción de tiempo muerto es pe(ueña' perturbaciones son pe(ueñas y lentas) $os criterios para diseño son/ Control en cascada puede ser considerado/ 3) Cuand Cuando o el con control trol re realimen alimentado tado si simple mple n no o provee un dese desempeño mpeño satisfactorio a lazo cerrado) 6) $a me medid dida a de la variab variable le es dispo disponib nible) le) $a variable secundaria debe satisfacer los siuientes criterios/ 3) >ebe iindicar ndicar la ocu ocurrencia rrencia de una iimporta mportante nte perturbac perturbación) ión) 6) >ebe %a %aber ber una re relación lación ccausal ausal en entre tre la va variable riable m manipul anipulada ada y la se seunda unda variable) ?) $a variable secundaria debe tener una din+mica m+s r+pida (ue la variable primaria)

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 Ajuste del controlador controlador en cascada *l controlador en cascada puede ser usar el control est+ndar realimentado ;1>' lóicamente los modos deben ser seleccionador para cada diferente controlador) *ste *s te con contr trol olado adorr sec secun unda dari rio o de deber ber te tene nerr el modo modo pro propor porci cion onal al'' mas mas no es necesario necesar io mantener (ue tenalaelvariable modo interal' inter al' ya el objeti objetivo vo completo del sistema de control es primaria de(ue referencia)  A pesar de esto la parte interal se area por dos razones) $a primera' (ue un controlador proporcional produce offset' el lazo secundario debería tener parte interal si se (uiere eliminar por completo el efecto de la perturbación' evitando (ue de esta manera la perturbación se propaue al primario causando problemas en el proceso) *n seundo luar' la cascada es operada en forma parcial con el control primario fuera de operación' cuando el sensor primario esta fuera de servicio servici o o siendo cal calibrado ibrado)) *n el lazo neativo de int introducir roducir mod modo o interal en el controlador secundario es (ue este tiende a ser m+s oscilatorio' pero el resultado puede (ue no sea sinificativo ya (ue en alunas ocasiones el lazo secundario es muc%o m+s r+pido (ue el lazo primario) $a estrateia (ue se utiliza frecuentemente para el ajuste de los controladores en cascada es/ 3) *l aj ajust uste e se realiz realiza a de man manera era se secuen cuencia ciall 6) *l co cont ntro rola lado dorr sec ecun unda dari rio o se ajus ajusta tada da pr priime mero ro deb ebiido (u (ue e el lazo lazo secundario afecta la din+mica a lazo abierto del lazo primero) ?) *l la lazo zo secun secundario dario es ajust ajustado ado de la la maner manera a conven convencional cional)) 9) Cuand Cuando o el secundar secundario io %a sido sat satisfact isfactoriamen oriamente te ajustado' ajustado' est esto o permit permite e (ue el primero tambi,n)

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Control Anticipativo/feedforward Anticipativo/feedforward $os co $os cont ntro rola lador dores es con real realim imen enta taci ción ón de dell pr proc oceso eso no titien enen en en cue cuent nta a la influencia de las perturbaciones (ue se puedan producir y (ue afectan al lazo de control) >ebe e&istir un error para (ue se pueda iniciar la acción correctiva) 0n medio para correir el defecto) 0n medio para correirlo es el control anticipativo' este sistema est+ limitado por la e&actitud de las medidas' los c+lculos efectuados y las perturbaciones no medidas) @ste tipo de control' la información relacionada con una o m+s condiciones (ue puedan perturbar la variable controlada' se realimentan para minimizar la desviación de la variable controlada) *n sistemas (ue poseen tiempos de retardo importantes con desviaciones de manitud y duración distintas' la señal de error es detectada muc%o tiempo despu,s (ue se %a producido el cambio de cara' por lo cual' la corrección correspondiente es retardada y ocurre a veces (ue el controlador act-a cuando no se necesita por(ue se %a eliminado el cambio de cara (ue dio luar a la corrección) *ste tipo de control se basa en la medición de una o m+s variables de entrada y act-a sobre la variable manipulada (ue produce la salida deseada del proceso) Con este tipo de control' se cancelan los efectos indeseables de perturbaciones medibles al compensarlos antes de (ue se perciban en la salida) *ste contiene señales (ue provienen de la medición de las perturbaciones y como salida la modificación (ue debe %acerse en la variable manipulada para (ue la variable controlada no se desvi, de su punto de referencia >e ,sta manera' la variable perturbadora entra simult+neamente con la acción corre cor rect ctiv iva a co con n lo (u (ue e im impi pide de la des desvi viaci ación ón (ue (ue se pr prod oduci ucirí ría a en la va vari riabl able e controlada) *sta corrección antes de (ue se produzca el error da el nombre de anticipativa a esta acción de control)

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Teoría del control feedforward Cual(uier proceso se puede describir en función de las relaciones e&istentes entre la salida y dos rupos de entradas/ las salidas del proceso (ue es la variable controlada "7c# o dependiente y la entrada conocida a su vez como variable manipulada "7m# o independiente) $as variables asociadas a la cara son el otro tipo de independientes' conocidas como variables de perturbación "7p#) $a imaen 2o)  nos muestra un diarama de blo(ues en el (ue aparecen estas ? variables

Imagen No. 8

Como puede verse en la imaen cada una de las entradas llea a este proceso por un luar diferente por lo (ue afectan de distinta forma a la variable de distinta forma a la variable controlada) $a ecuación (ue describe al proceso es/

*l objeto del sistema anticipativo es mantener la variable controlada en un valor de referencia referen cia "R# (ue debe ser iual al valor deseado para la variable controlad controlada' a' ya (ue obtuvimos estos datos se puede lorar (ue obtenamos el valor de la variable manipulada a partir de la ecuación mostrada a continuación/

4i el c+lculo de la variable manipulada es correcto cual(uier perturbación se mantendr+ constante)

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Reajuste por medio de feedback *&isten alunas influencias e&ternas (ue producen errores en el c+lculo) Como consecuencia la temperatura de salida en alunos intercambiadores de calor' ejemplo (ue veremos m+s adelante en la parte de aplicaciones industriales' esta puede sufrir deriva' (ue producir+ un error permanente) *ntre estas influencias e&ternas podemos nombrar/ 3) Cambi ambio o en la pre ressión del vapo porr' (u (ue e %ar ar+ + (ue la ental alp pia se vea modificada) 6) Cambi Cambio o en las co condicio ndiciones nes ambi ambientes entes ccomo omo el dí día' a' noc%e noc%e'' verano' invier invierno) no) ?) Bue llos os tub tubos os del ccamb ambiad iador or se ensuc ensucien ien)) Todo esto %ace (ue sea necesario recurrir a un procedimiento (ue sea capaz de mantener la variable controlada en su valor de referencia) *ste procedimiento e el control feedback)

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Otras técnicas

Control inferencial a 'ietos 'asos en #$e la !aiable a 'ontola no p$ede medise en l-nea. Sin emba em bag go o p$ed p$ede e e'$ e'$i is se e a $na $na esti estima ma'i 'i*n *n en base base a 'ie 'ieta ta el ela' a'i* i*n n si'o#$-mi'a o a 'ieto modelo. o eemplo" en $na destila'i*n la 'omposi'i*n del pod$'to no p$ede medise en l-nea peo se e'$e a medi la tempeat$a  en &$n'i*n de ello p.e. $sando la egla de las &ases de ibbs in&ei la 'omp 'o mpos osi' i'i* i*n. n. $and $ando o es en bas ase e a $n alg algoitm itmo o s$el s$ele e ab ablas lase e de obse!adoes: o so&t;ae so&t;ae sensos:. Es po esto #$e esta t no puede resolver satisfactoriamente' a partir de 3=D apareció el control adaptativo' este es un ajustar autom+ticamente paramentos para compensar lossistema cambios(ue (uepuede pueden producirse en el proceso'sus lo (ue (uiere decir en palabras sencillas (ue este sistema de control es adaptado al proceso) *ste tipo de control nos permite en los procesos no lineales tal como el del p5' ajustar las acciones ;1> a los par+metros del proceso cuando este cambia con frecuencia de condiciones de trabajo) *sto (uiere decir (ue los sistemas adaptativos son no lineales) *l control predictivo est+ basado en el uso de modelos din+micos del proceso establecidos' de tal forma' (ue permiten anticiparse y predecir las situaciones futuras del proceso' con el objeto de utilizar esta información para modificar la estrateia actual del control) *n cierta forma' se comporta iual (ue un operario con e&periencia (ue' a la vista de los datos pasados y los actuales' act-a sobre el elemento final de control con el fin de obtener valores futuros de la variable controlada) *l controlador trabaja como un inverso del modelo del proceso "modelo lineal# siendo capaz' por su robustez' de solucionar el control de la mayoría de los procesos no lineales) 4iendo la señal de salida eneral de un proceso en el instante k de/

$a salida prevista en el instante futuro k E m para una entrada impulsional es/

;ara simplificar el estudio consideramos (ue los valores de u"k# desde el instante k %asta el instante k E m son constantes e iuales a 0f) >e este modo' la señal de salida prevista de y"k E m# con relación a la y"k# es/

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*l objetivo es (ue la predicción en el instante k E m sea iual al valor deseado) $ueo 0f debe satisfacer la condición/

$a ley de control enerar+ la predicción ypF"k E j#.kG y corresponder+ a los valores de la señal de salida del controlador (ue %aan mínima la función objetivo del error de predicción/

 A lo laro del %orizonte de predicción) 0na vez calculada la predicción' en el siuiente intervalo de muestreo' el valor real diferir+ normalmente de la predicción establecida' con lo (ue %ay (ue realizar una nueva corrección en el %orizonte de predicción) 0na vez efectuada la corrección se ca calc lcul ula a nu nuev evam amen ente te la le leyy de co cont ntro roll y se pr proc ocede ede'' con con la lass se secu cuenc encia iass indicadas) *l sistema' procede de modo din+mico realizando realizando los c+lcul c+lculos os anteriores en todo el %orizonte de predicción)

Control selectivo *ste tipo de control se emplea para limitar la variable de proceso en un valor (ue puede ser alto o bajo' con el objetivo de evitar daños en el proceso o producto)  Alunas aplicaciones típicas residen en la protección de p presión resión de un compresor  con con re reu ula laci ción ón de dell caud caudal al de de desc scar ara a'' la util utiliz izac ació ión n de vari varios os tipo tiposs de combustibles en una caldera de vapor' el bombeo en oleoductos' etc) *n un %orno calefactor con un serpentín por donde pasa el fluid' interesa proteer  el tupo del serpentín contra temperaturas e&cesivas (ue puedan sobrecararlo o (uem (u emar ar el prod product ucto) o) $a te temp mpera eratu tura ra de sa salilida da de dell ser serpe pent ntín ín es con contr trol olada ada normalmente con una v+lvula de combustible' esta v+lvula es de sin aire de moco 17

 

(ue tiene (ue ser de acción inversa' ósea (ue m+s temperatura debe bajar su señal de salida)

Control incremental $a 1m 1ma aen en 2o) 33 no noss pr pres esen entta un pr proc oced ediimien mientto pa para ra llev levar acab acabo o la ma&imización utilizando%asta un sistema incremental a intervalos fijos de tiempo' sobre la variable manipulada alcanzar aluna restricción)

 Imagen No. 11

*ste pro *ste proced cedimi imient ento o lleva lleva aca acabo bo el con contro troll inc increme rementa ntall de forma forma lineal lineal)) Ti Tiene ene ventajas de ser ms sencillo de implementar al %acer alunas apro&imaciones) *l sistema modifica el punto de consina de la variable manipulada %asta (ue aluna de las variables de restricción se encuentra adentro de una banda de control) *n la 1maen 2o' 36 se muestra un ejemplo (ue buscar ma&imizar una variable' dar incrementos positivos %asta (ue la variable de restricción alcance una banda de control "HA;#)

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1maen 2o)36 Cada uno de los c+lculos incrementales compara el valor real de esa variable de restricción ";7# con su 4; límite' en función donde se encuentre la variable de restricción se pueden presentar los siuientes casos( o o

o

;v I "4; J HA;# $a salida del c+lculo tendr+ un valor positivo "4;KHap#I;7I4; Al encontrarse la variable de proceso dentro de la banda de control la salida ser+ iual a D ;7L4; $a salida del c+lculo tendr+ un valor neativo constante para cada

variable $a salida de los c+lculos se envía a un selector de mini señal o viceversa siendo la salida de este una de las entradas al sumador en el (ue entra a otro punto es decir/

Control de ama partida *s una forma de control en el (ue una variable manipulada ene preferencia con relación a otra u otras del proceso) *n la 1maen 2o) 3? podemos observar este tipo de control (ue es aplicado a dos intercambiadores de calor en serie)

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Imagen No. 13

$a instalación se utiliza para calentar un producto cuyo caudal es muy variableM cuan cuando do es ba bajo jo ba bast sta a un solo solo inte interc rcam ambi biad ador or para para cale calent ntar arlo lo y cuan cuando do la fabricación es la m+&ima son necesarios los dos) >esde el punto de vista de seuridad' las v+lvulas deben cerrar en caso de fallo de aire' por lo cual el controlador contro lador de temper temperatura atura debe ser de acción acción inversa 4i el caudal de produ producto cto es ba bajo jo'' actu actuar ar+ + la v+lv v+lvul ula a 3 de vapo vaporr' po por( r(ue ue la seña señall de sali salida da esta estar+ r+ comprendida entre el :DN y el 3DDN) A medida (ue aumenta el caudal' el controlador de temperatura baja la señal radualmente %asta (ue' cuando la señal baja ba ja de :DN DN'' la v+ v+lv lvul ula a 3 pe perm rman anec ece e total otalm men entte ab abie iert rta a con el pr priimer  mer  intercambiador trabajando al m+&imo' y la v+lvula de control 6 empieza a abrir' iniciando el funcionamiento del seundo intercambiador) A un caudal m+&imo determinado' las dos v+lvulas de control est+n abiertas y los dos intercambiadores trabajan conjuntamente)

$a partición de la señal se lora usualmente mediante posicionadores acoplados a las v+lvulas de control (ue convierten el campo de la señal de entrada electrónica a D'6 3 bar' o bien mediante convertidores 1.; "intensidad a presión#)

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Control !ultivariable  A un proceso !ultivariable se le llama así cunado posee varias entradas y varias salidas importantes (ue se influyen mutuamente' es decir' si cual(uier cambio en una de las entradas provoca una variación en varias señales de salida) 0n ejemplo f+cil y sencillo es el de un mezclador de aua caliente y aua fría' donde al variar el caudal de aua caliente cambia la temperatura y el caudal de salida) 4e instalan do controladores de caudal y de esta manera podremos obtener un diarama de blo(ues como el (ue podemos observar en la 1maen 2o) 39)

1maen 2o) 39

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Aplicaciones industriales  A continuación veremos alunas aplicaciones industriales de las t,cnicas de control (ue acabamos de ver en este trabajo

 Aplicación de control control de relación *ste tipo de control nos presenta es(uemas' los cuales los utilizamos con mayor  frec frecue uenc ncia ia en la indu indust stri ria a (u (uím ímic ica' a' para para re reu ula larr fluj flujos os de dos dos corr corrie ient nte e manipulando una de ellas) *n la imaen 2o) 3: podemos observar la relación (ue se obtiene a trav,s de dos arrelos b+sicos)

1maen 2o) 3: *n el primer es(uema se toman mediciones acerca de los 6 flujos' calculando tambi,n su relación mediante un divisor' este enera una señal (ue se alimenta a un controlador (ue controla la relación (ue se (uiere tener entre los dos flujos) *sta estructura es realm realmente ente ventajosa cuando se (uiere conocer continuam continuamente ente la relación entre los flujo en cuestión)

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Control de la relación este(uiometrica en las cantidades de dos reactivos (ue van a alimentar a un reactor) 1maen 2o) 3<

1maen 2o) 3< Control de la pura de un porcentaje fijo de la corriente de alimentación a una unidad de procesos 1maen 2o) 3=

1maen 2o) 3= 23

 

 Aplicación de de sistema en cascada *n la fiura 2o) 3 se observa un diarama de un sistema (ue utiliza el control en cascada' se trata de un reactor con camisa de enfriamiento en el cual se (uiere controlar la temperatura de reacción)

Imagen No. 18

$a fiura 2o) 3 muestra un sistema en cascada de control de temperatura de un cuarto'' mide contro cuarto controla la la tempe temperatura ratura del aire entrant entrante' e' un lazo primario de contr control ol de temperatura mide y controla la temperatura del cuarto manipulando el punto de referencia o valor deseado sobre el lazo de control secundario para la temperatura del aire entrante)

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Imagen No. 19

 

 Aplicación de de sistema anticipativo anticipativo a un un intercambiador intercambiador de ca calor lor *n el cambiador de calor de la fiura 2o) 6D' la temperatura de salida es la variable controlada' el caudal de producto y su temperatura de entrada son vari variab able less de pert pertur urba baci ción ón mi mien entr tras as (u (ue e el caud caudal al de vapo vaporr es la vari variab able le manipulada)

Imagen No. 20

 Aplicando un balance de enería se obtiene el modelo en estado estacionario del proceso de intercambio de calor 5s O Ps Q Pp O Cp O "T4 J Te Te## >ónde/ 5s Q *ntalpia del vapor   

Ps Q Caudal de vapor 

 

Pp Q Caudal de producto Cp Q Calor especifico del producto

 

Ts Q temper temperatura atura de salida

 

Te Q tempera temperatura tura de entrad entrada a

$a re refe fere renc ncia ia es la te temp mpera eratu tura ra de sa salilida da de dese sead ada' a' si no estu estuvi viera eran n ot otra rass perturbaciones se podría fijar el caudal de vapor necesario para mantener esta temperatura

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*l c+lculo anterior se basa en el modelo en estado estacionario' en el (ue no se contemplan contem plan las diferente diferentess din+micas (ue afectan a las variable variabless en funci función ón de su propia naturaleza y el luar donde se encuentran situadas en el proceso' se necesita %acer una compensación din+mica para introducir una función de tiempo lead.la esta compensación %ace coincidir en el tiempo las variables para (ue no se produzca desviación entre el valor real de la variable controlada y el valor  deseado des eado como refe referenc rencia) ia) *ste *ste cambio cambio din+ din+mic mico o pode podemos mos observar observarlo lo en la 1maen 2o) 63

1maen 2o) 63

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 Aplicación control control infer inferencial encial "ref "reflujo lujo interno en columna de destilación# destilación# $a fiura 2o66 muestra la sección de cabeza de una columna de destilación' en estado est ado est estaci aciona onario rio se pued puede e cons conside iderar rar constan constante te el tr+ tr+fic fico o de lí( lí(uid uido o (ue desciende %acia los platos inferiores de la columna y tambi,n el flujo de vapores (ue ascienden %acia la zona superior) *l lí(uido enfriado es introducido como reflujo) $a suma de vapor condensado y reflujo e&terno se conoce como reflujo interno' cuando la cabeza se enfría produce una diferencia de temperatura y enera una diferencia diferencia de temperatura temperatura entre la salida de vapor y retorno de reflujo e&te e& tern rno' o' si se en encu cuent entra ra de dema masi siad ado o sub en enfr fria iado do se pr produ oduci cir+ r+ un una a ma mayo yor  r  condensación condens ación de vapores' con esto se va a poder obtener mayor estabili estabilidad dad y un a%orro de enería (ue se puede lorar con este control inferencial

Imagen No. 22

 Aplicación del del control adaptativo adaptativo *n la fiura 2o) 6? podemos ver un sistema adaptativo de modelo de referencia (ue indica la forma en (ue debe responder la señal de salda del proceso ante una consina dada) *&isten dos lazos de control' uno interno y el e&terno' %acer (ue el error e"k# Q y"k# J ym"k# entre la salida del proceso y la salida del modelo)

1maen 2o) 6? 27

 

 Aplicación del del sistema de control selectivo selectivo *n un proceso en el cual se calienta un fluido mediante %orno (ue sirve como flflui uido do ca cale lefa fact ctor or en un tr tren en de in inte terca rcamb mbia iado dore res) s) 4e llllev eva a el co cont ntrol rol de la temperatura de cada paso localmente) $a te temp mpera eratu tura ra del del flflui uido do ca cale lefa fact ctor or se cont control rola a reul reulan ando do la aport aportaci ación ón de comb combus ustitibl ble e al %o %orn rno) o) Como Como po pode demo moss ob obse serv rvar ar en la 1ma mae en n 2o 2o)) 69 así así observaríamos su diarama)

1maen 2o) 69

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 Aplicación del del sistema de control incremental incremental *n la fiura 2o) 6: podemos observar un ejemplo de las aplicaciones industriales de un sistema de ma&imizar por restricciones (ue dispone de un controlador al cual se le fija un pinto de consina (ue corresponde al valor límite (ue puede alcanzar la variable correspondiente)

Imagen No. 25 )esde el p$nto de !ista te*i'o est= 'lao #$e este sistema '$mple 'on todos los e#$eimientos al pode a$sta 'ada $no de los 'ontolaes de esti''i*n" po lo tanto paa sintoni%a 'ada $no de ellos es ne'esaio 'ono'e de manea m=s pe'isa  'laa(  

>a din=mi'a de 'ada !aiable de esti''i*n 'on espe'to a la !aiable manip$lada Ae'$en'ia  amplit$d de la 'aga

ono'e todo esto  eali%ale p$ebas al sistema nos pemiti= 'ono'e de meo manea las debilidades de n$esto sistema paa e&o%ala  e!ita pe ;roc ;roceso esoss ":=9#) !adrid/ >íaz de 4antos) Sos, Acedo 4+nc%ez) "6DD?#) ?) Peedf Peedforward orward cont control rol aplicad aplicado' o' P) H) 4%inskey 4%inskey)) 14A Sournal' Sournal' 2oviembr 2oviembre e 3