Filosofias de Control

8/18/2019 Filosofias de Control

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Universidad de Santiago de ChileFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería Eléctrica

FILOSOFÍAS DE CONTROLSEGUNDA EDICIÓN

OSCAR PÁEZ RIVERA

PROFESOR ASOCIADO DEL

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

ACTUALIZADO ABRIL DE 2016



Filosofías de control pagina 2

1. PAA!"AS P"EI#I$A"ES

Los sistemas existen independientemente del observador que los estudia, y sus

propiedades deben ser descubiertas a fin de poder usarlos con algún propósito. Una

de las formas en que usa el ombre a estos conocimientos es el control de estos

sistemas y en particular interesan los sistemas productivos ya sea de bienes o

suministros.

La palabra control es usada en diferentes contextos, la esencia de ella esta en la

acción de controlar que es lograr que lo que se controla evolucione, actúe de una

forma previamente establecida. !ara lograr controlar se requiere al menos la existencia

de un nuevo sistema llamado controlador.

"l control supone la interacción entre dos sistemas# el controlador y el sistema

controlado, ambos forman el sistema ba$o control. La interacción ocurre cuando el

controlador usa sus salidas como estímulos para el sistema controlado% a su ve& la

respuesta de este sirve como entrada al controlador. ' veces para controlar se

requiere suministrar fuer&as y energías al sistema controlado, en ese caso es

necesario disponer de un amplificador de las salidas del controlador. esto se logra con

otro sistema llamado sistema de actuación el que obtiene la energía de redes de

suministro , por e$emplo de la red el(ctrica publica.

"n ocasiones, es posible que el controlador y el sistema controlado m)s el sistema de

actuación formen físicamente un todo, en tal caso se dice que el sistema en global

presenta un control interno o auto control.

"l ombre en sí mismo es un sistema autocontrolado que tiende a controlar a otros

sistemas. "n particular a controlado por siempre a los sistemas que emplea para

procurarse lo que necesita para poder vivir. *al clase de control se llama manual. +on

el desarrollo de la ciencia e ingeniería estos sistemas productivos artificiales an

llegado a niveles de perfección y comple$idad muy altos, el control manual se torna

inadecuado en mucos casos y se ace necesario lograr me$ores medios de control de

los procesos productivos.

La solución moderna a lo reci(n sealado es el desarrollo de los sistemas de control

autom)tico.

Oscar Páez Rivera Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica



Filosofías de control pagina -

"ste texto corresponde a las clases de un curso de control autom%tico orientado a

la ingeniería de control e instrumentaci&n que a dictado el autor por - aos en el

/epartamento de 0ngeniería "l(ctrica de la Universidad de 1antiago de +ile.

Oscar Páez Rivera

[email protected]

Ingeniero CivilElectricista de laUniversidad de Chile '#agister en IngenieríaEléctrica de la mismacasa de estudios. Es

Pro(esor Asociado delDepartamento deIngeniería Eléctrica de laUniversidad de Santiago deChile ' Director de lacarrera Ingeniería deE)ecuci&n en Electricidad #enci&n automati*aci&nIndustrial #odalidad +espertina desde 1,,- a la (echa.Actualmente dicta las asignaturas de Ingeniería Civil enElectricidad control de sistemas ' pro'ectos en Ingeniería.En la carrera de Ingeniería de E)ecuci&n dictaautomati*aci&n industrial ' Control Autom%tico Industrial.


mailto:[email protected]

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Filosofías de control pagina

/. DEFI$ICI0$ES !SICAS

Las definiciones que siguen constituyen parte del lengua$e que se requiere en la

0ngeniería de control, en realidad ayudan a entender el 3"*'L"45U'6" que se usa

en la disciplina.

De(inici2n 1. Proceso +on$unto ordenado de transformaciones de la

materia y energía con ob$eto de producir bienes u obtener suministros

7como por e$emplo suministros de energía el(ctrica8.

De(inici2n /. Planta +onfiguración de elementos materiales donde

ocurre un proceso.

De(inici2n 3. Instrumento dispositivo capa& de generar , transmitir, controlar,

registrar y controlar una seal.

De(inici2n 4. Instrumentaci&n industrial actividad profesional que se dedica

a especificar, montar, configurar los instrumentos de plantas

industriales de modo que permiten el adecuado control de sus

procesos. Los procesos se controlan y las plantas se instrumentan

De(inici2n -. Sensor 4ombre global de un sistema capa& de detectar una

variable, cambiarla en escala de magnitud física, amplificarla,

lineali&arla, filtrarla y acondicionarla como seal est)ndar de manera

predeterminada. "l sensor puede ser separado o integrado con otros

elementos de un la&o de control. "l nombre sensor se asocia a

variables an)logas. "l equivalente en seales discretas 7on9off8 se

acostumbra a llamar detector.

De(inici2n 5. Elemento primario !arte del sensor que efectúa la

captura de la información asociada a la variable ba$o medición.

*ambi(n, es el que efectúa la primera transducción de variable física a

seal.

De(inici2n 6. 7ransmisor /ispositivo que obtiene una variable de

proceso por medio de un sensor y que tiene como salida variados

valores que son sólo una función, predeterminada, de la variable de




Filosofías de control pagina :

proceso. "ste dispositivo puede, o no, estar integrado con el sensor.

"ste dispositivo es capa& de comunicar a distancia el estado de una

variable ba$o observación.

De(inici2n 8. Elemento (inal de control /ispositivo que funcionalmente

modula la materia o energía inyectada o extraída del proceso. !or

e$emplo, una v)lvula de control. "n otras palabras, parte del sistema

de actuación encargado de suministrar la fuer&a, energía y potencia al

proceso, son elementos finales de control motores, bombas,

calefactores, quemadores etc. con frecuencia, en el ambiente de

procesos industriales, se considera a las v)lvulas de control como

elementos finales de control.

De(inici2n ,. Sistema de actuaci&n 4ombre global del sistema que

permite influir en el proceso con fines de control. "n otro sentido, el

sistema de actuación es una parte del sistema de influencia sobre el

proceso. !or e$emplo, sistemas el(ctricos, neum)ticos, mec)nicos, etc.

"ste dispositivo, es capa& de suministrar energía modulada al sistema

para su evolución. "l sistema de actuación capta la energía desde una

red de energía las que en general son redes est)ndar de suministros

7el(ctricas, neum)ticas, etc.8 y la modula en base a una seal d(bil de

mando proveniente de un controlador.

De(inici2n 19. "ed de energía 1istema capa& de suministrar energía en

condiciones est)ndar de funcionamiento. !or e$emplo, redes el(ctricas,

neum)ticas, petróleo, aceite comprimido, etc. Las redes de energía

funcionan a un valor de gradiente constante, por e$emplo# volta$e

constante de 22 ;'+, 2 ;/+% presión de aire constante <2 psi%

presión de vapor constante <: psi.

De(inici2n 11. Constante de proceso 'tributo o propiedad de la

materia o energía que permanece fi$a en el tiempo.

De(inici2n 1/. Par%metro 'tributo o propiedad de la materia o

energía que permanece m)s o menos fi$a en el tiempo o, que su

variación en el tiempo es despreciable respecto de las escalas de




Filosofías de control pagina =

magnitud de un proceso. "l par)metro se diferencia de una constante

en el sentido que es a$ustable según diseo. Los par)metros pueden

depender de la geometría, en tal caso los sistemas se llaman de

par)metros distribuidos. >, cuando no dependen de la geometría los

sistemas se llaman de par)metros concentrados.

De(inici2n 13. +aria:le 'tributo o propiedad de la materia o energía

que cambia su valor debido al cambio que ocurre en otra propiedad de

la materia o energía% tras esta definición subyace el concepto de causa

? efecto% una cantidad es variable porque depende de otras cantidades

y cambia $unto con ellas. "s frecuente asociar la variable con la función

matem)tica que describe su evolución en el tiempo.

De(inici2n 14. +aria:le an%loga ;ariable definida en todo instante y

que puede tomar todos los valores de su escala de amplitud.

De(inici2n 1-. +aria:le de (uer*a 1e dice que una variable es de

fuer&a o es una variable fuerte cuando su valor no se altera cuando el

sistema a la que pertenece se interconecta con otro y ay una

significativa cantidad de energía transferida entre ambos sistemas.

De(inici2n 15. +aria:le dé:il 1e dice que una variable es una

variable debil cuando su valor se altera notablemente cuando el

sistema a la que pertenece se interconecta con otro y ay una

significativa cantidad de energía transferida entre ambos sistemas.

De(inici2n 16. Se;al "special clase de variable d(bil asociada a la

salida de un instrumento de transducción. Lo esencial de una seal es

que es una variable que se presta para representar a otras variables

gracias a su facilidad para ser captada, almacenada y procesada. "n

control e instrumentación, finalmente se an establecido rangos de

magnitud física que permiten ablar de seales est)ndares de control.

"sos rangos son# corriente de 9 2 @m'A% volta$e de < 9 : @voltsA y

presión de aire comprimido de - 9 <: @!siA.




Filosofías de control pagina B

De(inici2n 18. +aria:le salida de control es aquella variable que si

se controla garanti&a el buen funcionamiento del fenómeno y a veces

del proceso. "ste tipo de variable ser) sealada por la letra <

De(inici2n 1,. Pertur:aci&n ;ariable de fuer&a no controlada y cuya

aparición puede tener una cierta probabilidad de ocurrencia. Las

perturbaciones alteran el desempeo de un sistema ba$o control y no

son útiles en ningún sentido. "ste tipo de variable ser) sealada por la

letra P

De(inici2n /9. +aria:le de Carga ;ariable de fuer&a programable o

considerada en el diseo desde el punto de vista de su demanda de

energía. Las cargas representan la interacción del sistema controlado

con su entorno, si bien alteran el desempeo del sistema ba$o control,

mucas veces representan la finalidad del sistema. +omo e$emplo

puede mencionarse la corriente de línea de un sistema autógeno de

electricidad "ste tipo de variable ser) sealada por la letra

De(inici2n /1. +aria:le de Actuaci&n ;ariable de fuer&a mane$ada por el

controlador. La variable de actuación es la respuesta del sistema de

actuación y es aquella variable capa& de equilibrar el efecto

perturbador de la variable de carga o de una perturbación sobre la

variable salida de control. "ste tipo de variable ser) sealada por la

letra =

De(inici2n //. "uido ;ariable d(bil no deseada e inmane$able desde el

punto de vista de su generación. "l ruido puede ser importante a nivel

de las seales de control y de detección.

De(inici2n /3. Control *(rmino gen(rico que alude a las acciones de

vigilancia, supervisión, manipulación, mane$o, etc.

De(inici2n /4. +aria:le controlada una variable est) ba$o control

cuando evoluciona de una manera previamente definida




Filosofías de control pagina C

De(inici2n /-. Control de procesos industriales actividad profesional

que se dedica a controlar los procesos industriales de modo que estos

ocurran respetando ciertos est)ndares de producción. Los procesos se

controlan y las plantas se instrumentan

De(inici2n /5. a*o Una combinación de dos o m)s instrumentos o

funciones de control conectadas de tal manera que las seales pasen

de una a otra con el fin de controlar o medir una variable de proceso.

De(inici2n /6. a*o de control cadena de instrumentos que se emplean

para e$ecutar una estrategia de control, un la&o comien&a en una

variable de proceso y finali&a en un elemento final de control.

De(inici2n /8. Controlador 0nstrumento que reali&a la función de

controlar. "ste, puede ser integrado con otros elementos funcionales

de un la&o de control.

De(inici2n /,. Estrategia de control principio funcional mediante el cual es

posible controlar un sistema

De(inici2n 39. a*o cerrado "s un la&o en el cual la desviación de la

salida es ocupada para la corrección de la entrada.

De(inici2n 31. Set>point Una seal de entrada, que coloca el valor

deseado de una variable ba$o control. "l set9point puede ser colocado

en forma manual, autom)tica o programada.




Filosofías de control pagina D

3. DEFI$ICI0$ES C0#PE#E$7A"IAS

Las definiciones que siguen constituyen parte del lengua$e que se requiere en la

0ngeniería de control, en realidad ayudan a entender el 3"*'L"45U'6" que se usa

en la disciplina. 'lgunas de estas definiciones est)n establecidas por la 01'.

/ef <. !inario *ermino aplicado a una seal o dispositivo que tiene sólo dos

posiciones discretas o estados. "l t(rmino denota un estado Ealto9ba$oE, Eon9

offE, etc.

/ef 2. Dispositivo inteligente /ispositivo basado en un microprocesador.

/ef -. Con(igura:le *(rmino aplicado a un dispositivo o sistema cuyas

características funcionales pueden ser cambiada mediante ardare o

softare que no afectan su estructura b)sica.

/ef . Estaci&n ?sala@ de control Lugar en que residen los equipos para la

supervisión y control de un proceso. "sta estación autom)tico9manual tiene la

característica que desde ella la salida del la&o de control se puede mane$ar en

forma manual, por lo cual est) provista de una serie de indicadores, luces, y

otros elementos. "sta estación, adem)s, posee un interruptor para intercambiar

entre el modo de control manual y el modo de control autom)tico del la&o de

control.

/ef :. Conversor Un dispositivo que recibe información de un instrumento

con una determinada forma de seal y proporciona en su salida una seal de

otra forma física. +abe sealar si, que un instrumento el cual cambia la salida

de un sensor a una seal est)ndar es designado como un transmisor.

/ef =. #onitor "n general, es un instrumento o sistemas de instrumentos

usados para medir o sensar el estado o magnitud de una o m)s variables con

el propósito de obtener información de (stas. "l t(rmino monitor es muy poco

específico, a veces es tomado como anali&ador, indicador o alarma. 0ncluso

puede ser usado como un verbo 7monitorear8.




Filosofías de control pagina <

/ef B. Panel Una estructura que tiene un grupo de instrumentos montados

en (l asequible al operador de proceso, teniendo cada uno única designación.

"l panel puede constar con una o m)s secciones, consolas, etc.

/ef C. u* piloto Una lu& que indica la existencia de una condición normal de

un sistema o de un dispositivo. La lu& piloto 4G es una lu& de alarma. La lu& de

alarma debe destacarse y tiene que actuar en forma intermitente.

/ef D. So(t>displa' /ispositivo que entrega información acerca del proceso

de control por medio de un softare.

/ef <.Sitch /ispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o transforma

uno o m)s circuitos y que no est) diseado como un controlador, relay o

v)lvula de control.

/ef <<. 7ransductor "l t(rmino, en general, se refiere a un dispositivo que

recibe información de una o m)s variables físicas, modifica la información yHo

su forma, si es requerido, y produce en la salida la seal resultante.

/ependiendo de la aplicación, el transductor puede ser un elemento primario,

un transmisor, relay, conversor u otro aparato.

/ef <2.Controlador de l&gica programa:le ?PC@ Un controlador, usualmente,

con múltiples entradas y salidas que contiene un programa alterable y que

b)sicamente, desarrolla control lógico.

/ef <-."ela' /ispositivo que produce cambios de estados, de salida, en si

mismo por acción directa de alguna variable de entrada. !or e$emplo, relay

electromec)nico 7variable# corriente8, relay t(rmico 7variable# temperatura8,

presostato 7variable# presión8, límite de carrera 7variable# despla&amiento8, etc.

/ef <.Controlador digital /ispositivo basado en microprocesadores capa&

de implementar uno o m)s la&os de control digital.

/ef <:.Control digital Filosofía de control basada en el muestreo sincrónico o

asincronico de la variable ba$o control para su corrección. Las acciones de




Filosofías de control pagina <<

control se toman en dicos instantes y se mantiene la salida de control asta el

próximo periodo de muestreo.

/ef <=.Control l&gico +on$unto de acciones b)sicamente digitales, del tipo

combinacional y secuencial, que permiten ordenar la ocurrencia de un

procedimiento.

/ef <B.Control modulante 1e refiere al cl)sico la&o de control con variables

an)logas.

/ef <C.Control distri:uido *(cnica de control, la cual, estando

funcionalmente integrada, consta de subsistemas los cuales pueden estar

físicamente separados y ubicados remotamente desde uno a otro. "n un

control distribuido se concentra la supervisión y se distribuye la inteligencia de

control.

/ef <D.Control muestreado *(cnicas de control que permiten traba$ar con

muestras en el tiempo de la variable de proceso. La acción de control ocurre en

los instantes de muestreo.

/ef 2.+aria:le muestreada ;ariable an)loga en sus valores, pero discreta en

los instantes de cambio. "stos cambios pueden ser sincrónicos o asincrónicos.

La variable muestreada asume los valores de la variable original en los

instantes de muestreo y es nula en el resto del tiempo.

/ef 2<.Funci&n 'cción o propósito que e$ecuta un dispositivo.

/ef 22.Identi(icaci&n del ... 1ecuencia de letras o dígitos, o ambos, usados para

designar un instrumento o u la&o en forma individual.

/ef 2-.Alarma +ualquier dispositivo o función que seale la existencia de

una condición anormal por medio de un sistema audible o visible, o ambos, que

intenta atraer la atención.

/ef 2.ocal +ontrol en terreno próximo al elemento primario.




Filosofías de control pagina <2

/ef 2:."emoto +ontrol desde una estación o sala de control o de

cualquier otro centro de mando.

/ef 2=.+aria:le digital ;ariable definida en todo instante de tiempo, pero que

sólo puede tomar dos valores de amplitud 7< ó 8. !or e$emplo, @ ; A ó : @ ; A%

@m'A ó 2 @m'A% etc.

/ef 2B.Estaci&n manual /ispositivo o función, en el cual, su salida es

manualmente a$ustable y que es usada para actuar sobre uno o m)s aparatos

remotos. La estación manual es una parte de la sala o estación de control.

/ef 2C.#edici&n La determinación de la existencia de una magnitud o variable.

/ef 2D.Programa Una secuencia de acciones que definen el estado de la salida

como una relación fi$ada por un set de entradas.

/ef -.#uestreo 'cción de tomar valores, de una manera predeterminada, de

un número de variables en forma intermitente. La función de un dispositivo

muestreador, es obtener frecuentemente el estado o valor de una variable.

/ef -<.So(t>controller "s un la&o de control implementado por softare.

/ef -2.Bard>controller "s un la&o de control implementado por dispositivos

físicos.

/ef --.Bard>displa' /ispositivo destinado a desplegar información acerca

del control del proceso por un número de avisos en el comando del operador.

/ef -.Automati*aci&n 1e llama automati&ación al proceso de incorporar autómatas

a la tarea en cuestión.

/ef -:.Aut&mata Un autómata es un sistema artificial construido con un ob$etivo

definido. !ara cumplir con su tarea, el autómata esta dotado de los recursos de

ardare y softare adecuados, dispone del suministro de energía suficiente

para su funcionamiento. 'dem)s, sí el ob$etivo final es el control, entonces, el

autómata debe estar conectado al sistema, de modo que puede recibir y dar

las seales que se necesitan para controlarlo.




Filosofías de control pagina <-

4 E$E"AIDADES S0!"E E C0$7"0 AU70#7IC0

"l inter(s del empresario esta en posicionarse bien en el mercado, para ello requiere

obtener productos de calidad, económicos y atractivos. "l control autom)tico ayuda a

lograr esos ob$etivos. 3ediante el control autom)tico es posible aorrar materias

primas y energías.

Los productos se generan en una infraestructura llamada planta. "n la planta ocurren

los procesos necesarios para generar los productos.

"l autómata que reali&a el control se llama controlador

!ara poder controlar el proceso que ocurre en la planta es necesario instrumentarla

agregando los sistemas de actuación y sensores necesarios. 1e llama sistema de

control autom%tico al con$unto dado por el controlador, el sistema de actuación y

sensores.

1e llama sistema ba$o control al con$unto dado por la planta y el sistema de control

autom)tico

En general las plantas se instrumentan ' los procesos se controlan

4.1 reglas de oro del control

"xisten unas reglas de oro sobre el control autom)tico, originadas en terreno, estas

reglas est)n planteadas en el sentido negativo y son las siguientes#

Iegla del conocimiento#

$o se puede controlar lo ue no se conoce

Iegla de la medición#

$o se puede controlar lo ue no se puede medir

Iegla de la potencia

$o se puede controlar si no se dispone de la potencia necesaria

De la regla del conocimiento

"sta regla es obvia, pero Jque se necesita conocer para poder controlar un procesoK

1e necesita una cantidad restringida de conocimiento que se organi&a en algo llamado

3odelo del proceso o simplemente 3odelo





Un modelo de un proceso es una representación simplificada del mismo en t(rminos

de las constantes, par)metros y variables que intervienen en su desarrollo.

El modelo no es el proceso pero (unciona como el proceso.

Entonces, la regla del conocimiento puede enunciarse en términos positivos de la

siguiente forma

Para controlar un proceso se necesita un modelo del mismo

De la regla de la medici&n

La 0ngeniería moderna se basa en las ciencias exactas, importan las cantidades, paralos seres umanos las cantidades provenientes de proceso se obtienen deindicadores, los que despliegan números en forma digital o an)loga 7 agu$as y relo$esde medición8 1in embargo, en el control autom)tico, son artefactos los que reali&an elcontrol autom)tico. "stos artefactos 7instrumentos8 se comunican por medio deseales, las que son generadas por otros instrumentos% de allí a que no es puedecontrolar si no existe la adecuada instrumentación de las plantas.

Entonces, la regla de la medición puede enunciarse en términos positivos de lasiguiente forma

Para controlar un proceso se necesita instrumentar la planta en que sedesarrolla.

De la regla de la potencia

"sta regla se relaciona con las variables MLM> del modelo para control de un

proceso.

"l modelo matem)tico de un proceso es un con$unto de ecuaciones para las variables

que intervienen en su desarrollo. Lo que se a aprendido en la pr)ctica es que cuando

una variable se controla adecuadamente el proceso entero ocurre bien. "sta es la

variable salida de control designada por la letra < sin embargo, La variable de carga 7o una perturbación P@ puede afectar el comportamiento de la variable de salida de

control% pero si existe una variable de fuer&a que pueda balancear los efectos de L o

!, entonces es posible controlar el proceso




Filosofías de control pagina <:

- DE #0DE0 =<

+omo se a sealado, el modelo =< corresponde a un modelo del fenómeno o

proceso orientado a su control autom)tico.

' continuación se muestran algunos de estos modelos

-.1 Fen&meno o proceso de me*cla

"l proceso de me&cla es muy usado en las

industrias químicas. "n el reactor se alo$a un

ancla que es rotada a trav(s de un motor y un

tren de engrana$es 75"'I8 se tienen las

siguientes variables y par)metros#

n< velocidad de rotación del motor

n2 velocidad de agitación

I< radio del engrana$e primario

I2 radio del engrana$e secundario

!uesto que en el punto de contacto de ambos

engrana$es, la velocidad tangencial ;t es la

misma, entonces

n< I<Nn2 I2 de donde

n1 R2

n2 R1= sea

R1a

R2= es decir

n1 1

n2 a=

por conservación de la energía *m n<N *i n2, de donde

Tm 1

Ti a= la ecuación de equilibrio mec)nico

en el lado del me&clador es#

2 2L L Ldn1 Tm aT (a J ) (a B )n1

dt=

/esde el lado del motor 7n<%*m8, el tren de

engrana$es reduce la velocidad de giro es

decir aO< con lo que tanto el torque de carga,

como la inercia de carga y el roce de carga se ven reducidos desde el e$e primario.


n1+

-

-

Tm

TL

−∞∫ t

a/P

<Ha/6

a

Figura

3<Ma

a Yn2

L

X

3G*GI

5"'I

n1 G +elocidad del motor

*i G 7orue impulsor

* G 7orue de carga

+t G +elocidad

tangencial7mG 7orue motri*

7rG 7orue resistente

n/ G +elocidad de agitaci&n

Figura #1



Filosofías de control pagina <=

"l /iagramas de bloques que le corresponde es el de la Figura 3<Ma se puede

reconocer a este proceso de agitación con un modelo MLM> en el cual >Nn2% N*m

LN*

G7

=G7m <Gn/

Figura#1:

-./ Fen&meno o proceso de acumulaci&n

"l proceso de acumulación de líquidos en estanques o reactores es muy usado en las

industrias. /esde el estanque se saca un flu$o Fs. 'l estanque llega un flu$o de

reposición Fe. se tienen las siguientes variables y par)metros#

; volumen ocupado por el liquido 7variable8

' )rea transversal del estanque 7constante8

Q altura del liquido en el estanque 7variable8

Fe flu$o volum(trico de reposición

Fs Flu$o ;olum(trico de consumo

1e tienen las siguientes ecuaciones

+onservación del volumen 7líquidos incompresibles8

dVFe Fs

dt=

t

00

Fe Fs

H HA

=

∫

"videntemente la variable salida de control es la altura

del estanque% la variable de carga es el flu$o de

consumo y la variable de actuación es el flu$o de

reposición.


=GFeGFs

<G B

Figura#/

Figura#/:

=GFe <GB

GFs



Filosofías de control pagina <B

5 S0!"E C0#0 C0$7"0A" U$ P"0CES0

"n la actualidad existen varias formas de como controlar un sistema. "n todas ellas se

ace interactuar la planta con un controlador, como las salidas del controlador son solo

seales, se emplea como amplificador un sistema de actuación. "n un sistema de

control se reconocen dos aspectos

La estructura física o instrumentación de control.

a (iloso(ía de control.

Una (iloso(ía de control es un con$unto de decisiones basadas en conceptos que

permiten alcan&ar de una forma específica ob$etivos previamente definidos.

a instrumentaci&n de control se adapta a la filosofía de control. Un poco m)s

adelante se mencionan los principios de control que permiten construir filosofías de

control cl)sicas.

5.1 Instrumentaci&n.

Los sistema de control industriales son modulares y los módulos se llaman

instrumentos. La arquitectura de estos sistemas se representa mediante planos% para

el dibu$o de estos se usan normas% en instrumentación la norma m)s aceptada es la

dada por la ISA 70nstrument 1ociety of 'm(rica8, y que es la que se usa en este texto.

Los sistemas de control autom)tico est)n estructurados en base a la interconexión de

los siguientes instrumentos# transmisor% sistema de actuación %controlador, por

(avor revise las de(iniciones del punto /.

"l controlador acepta como entradas posibles a seales del estado real del proceso

que provienen de terreno a trav(s de los transmisores y las seales de ordenes que

provienen del operador 7 set point local8 y las seales de ordenes que provienen de

otros instrumentos 7 set point remoto8

"l controlador genera el mando al sistema de actuación% este funciona como un

amplificador de poder al transformar la seal manipulada m en una fuerte variable de

actuación =.

"n t(rminos generales los sistemas de control cuentan con interfases para

comunicarse desde y acia el operador . "n las figuras sealadas se a omitido la

representación de tales interfaces, así, todas las variables y seales allí representadas

corresponden al dominio exclusivo de las maquinas.




Filosofías de control pagina <C

6. ES7"A7EIAS DE C0$7"0

+onsid(rese un modelo general de procesos que relacione la salida < con las variables

de actuación = y de carga . "n dico modelo el pro:lema general de control consiste

en como adecuar el valor de = de modo ue < evolucione como se desea a pesar

de la in(luencia de .

Iecu(rdese que algo muy importante es la elección de la variable de salida , de todas

las variables posibles del sistema real, la que se elige como salida es aquella que al

ser controlada logra el me$or desempeo del proceso.

' continuación se estudian : estrategias de control de uso frecuente en la industria que

buscan resolver distintos problemas que se presentan en la solución del problema

reci(n enunciado.

6.1 a*o a:ierto

PROCESOSISTEA DEACTUACI!"

PRO#RAADOR

CO"TROL E" LAZO ABIERTOL

$ %&

'()u*a 1

"n la Figura <se muestra el diagrama de bloques que representa a esta filosofía es

una cadena directa de transformaciones de seales y variables.

"n esta estrategia se busca proveer una curva =?t@ según el conocimiento de la

demanda de carga ?t@. !or tanto se trata de una programación temporal. Usualmente,

el valor de = esta relacionado con el flu$o de energía o el flu$o de materias al proceso.

La idea detr)s de un control en la&o abierto es la confian&a y el equilibrio, es decir, se

supone que las condiciones de diseo se mantienen y, por lo tanto, los aportes de

energía al sistema se programan según una condición de equilibrio dada.

"sta estrategia debe tomarse como la primera aproximación al problema de lograr que

<?t@ tenga una trayectoria definida en el tiempo. 1e trata de una solución simple,

apropiada para el mane$o de mucas variables simult)neas, adecuada al caso de

consumos ?t@ estables y bien definidos.




Filosofías de control pagina <D

La principal venta$a de esta estrategia es que los sistemas que la llevan a cabo son

simples, f)ciles de comprender y mantener. "n cambio, su principal desventa$a es una

alta sensibilidad al cambio de las condiciones de diseo, por lo que el con$unto no

puede compensar el efecto de perturbaciones no consideradas. El problema de

fondo consiste en que el programador no se entera del resultado de su acción y

no tiene incorporado una forma de corrección.

E)emplos

E11 +onsid(rese una lavadora autom)tica, en su programador se cargan varios

programas de limpie&a. "l usuario selecciona el m)s adecuado según su experiencia,

el programa se e$ecuta independiente si la ropa est) m)s sucia o m)s limpia.

E1/ 1e tiene que controlar el nivel de un estanque que es difícil de medir, pero en el

que se conoce el consumo diario promedio que este tiene, se programa su reposición.

Rueda claro que si ubiera un cambio en el consumo de agua de este estanque, se

perder) el nivel deseado.

E13 "n un edificio inteligente se programa el encendido y apagado de las luces según

el calendario 7 control de la iluminación8. *ambi(n se programa el encendido y

apagado de los acondicionadores de aire por oficina según el calendario 7 control del

clima8. !ara ello el programador debe contar con un canal de tiempo real y un

algoritmo lógico que constituye su estrategia de control. Rueda claro que si ubiera un

cambio en las condiciones ambientales 7 S y las ay T8 tanto la iluminación como el

confort del clima no serian satisfactorios.

6./ Control en la*o cerrado.

"sta estrategia aparece

como una evolución

natural del control en

la&o abierto. "n su

implementación, el

programador se cambia

por un controlador de

la&o cerrado

y se agrega un sensor el /iagrama de bloques

de este controlador se muestra en la Figura 2Ma%


P"0CES0SIS7E#A DEAC7UACIH$

C0$7"0AD0"F!

C0$7"0 E$ A0 CE""AD0

SE$S0"

<=

Figura /

c

r

mF!

Jr e

c

J

>B?s@

Figura /a




en un controlador de la&o cerrado7FP8 existen dos entradas y una salida, Una de las

entradas es una seal de referencia r y la otra entrada c proviene del transmisor. "l

controlador dispone de un comparador que reali&a la diferencia e r c= − , la nueva

variable e error es procesada por Q7s8 para obtener la salida m.

"s frecuente emplear un algoritmo !0/ para obtener m

de 1m Kce Td e !

dt Ti= + + ∫ .

La filosofía del lazo cerrado es la desconfianza , se duda de que lo calculado y

e$ecutado alcance lo que se desea. 'dem)s, utiliza la desviación del valor actual

de la salida Y con el valor deseado de la misma para corregir la evolución del

sistema.

"ste m(todo es conocido como el principio de control por realimentación. 'l observar

el diagrama de bloques que le corresponde, Figura 2, se aprecia que la 0nformación

sigue una cadena cerrada% por tal ra&ón se le conoce por sistema de control en la&o

cerrado. Qay un factor de diseo que es necesario comentar# se emplea con

frecuencia un rango de a 2 m' para las seales de instrumentación, en este caso

para la referencia r y la salida c del transmisor. "l transmisor se diseo de modo que

el rango 7>a, >b8 de la variable actual de salida >' se corresponda con el rango de a

2 m' de la seal c

!or otra parte, la referencia r se ace corresponder con la variable de salida deseada

>/ de forma similar, esto se muestra en la Figura 2Mc. "l funcionamiento optimo del

la&o de control se consigue si eN , lo que significa rNc y por lo tanto que la salida

deseada es igual a la salida actual.

"n este tipo de

estrategia, el

controlador le cree en

un < al sensor por

lo que este debe ser

lineal, instant)neo y

de muy buena calidad

constructiva. La

desconexión de la

realimentación es

desastrosa porque el controlador lo interpreta como una caída del valor actual de la


<D

<: <a

r

/9mA

4mA

<A

<: <a

c

/9mA

4mA

Figura /c



Filosofías de control pagina 2<

salida > produciendo un aumento continúo de m y por lo tanto un aumento continúo

de la salida actual.

+abe sealar, que todo sistema de control realimentado se disea a partir de una

condición calculada en la&o abierto% lo que corresponde a un diseo est)tico de

traba$o % a este esquema se superpone una realimentación. "l controlador de un

sistema realimentado, puede ser definido como un autómata diseado para mantener

la seal de error e 7 eN r9 c8 en cero todo el tiempo que sea posible.

"n resumen, la estrategia de realimentación esta construida para corregir en t(rminos

de la desviación actual e instant)nea entre lo que se desea y lo que esta ocurriendo %

sin embargo ,a pesar de ello el proceso puede ser perturbado y estar fuera del rango

aceptable para la salida 7fuera de control 8 una cantidad de tiempo significativa.

E)emplos

E/1 +onsid(rese el regulador

centrifugo de velocidad de 3axell, en

(l, el paso de combustible se obstruye

cuando aumenta la velocidad debido a

que la fuer&a centrifuga despla&a dos

masas en el sentido de cerrar el flu$o

de combustible. Una disminución de la

velocidad genera el efecto contrario. "l

con$unto oscila entorno de la velocidad

de diseo a pesar de las fluctuaciones

de la carga.

E// La realimentación fue descubierta en el campo de la biología y luego extendida a

otros campos, entre ellos la 0ngeniería, considere el mecanismo de regulación de la

glucosa en el ser umano# /espu(s de digerir arina o a&úcar queda en la sangre un

alto contenido de glucosa, sin embargo el organismo no puede usarla sin una cuota

adecuada de insulina. "l organismo puede detectar el exceso de glucosa y mandar al

p)ncreas a liberar la dosis de insulina que se requiere. !or otra parte el organismo

puede detectar la falta de glucosa en la sangre y generar la sensación de ambre para

que se pueda obtener de nuevo glucosa.





E/3 1e tiene que controlar el nivel > de

un estanque 7constituye la variable de

salida de control8. !ara ello se agrega la

instrumentación de la Figura a . La

carga para este proceso es el flu$o L de

consumo que vacía el estanque, la

variable de actuación es tambi(n un flu$o

que rellena el estanque. "n el dibu$o

de la Figura a est) el diagrama de

procesos e instrumentación que

corresponde. "n el dibu$o de la Figura

b el diagrama de bloques que corresponde.

"l la&o cerrado es evidente en el

diagrama de bloques, en el

diagrama de procesos e

instrumentación debe

ra&onarse como sigue# "l nivel

actual > es detectado por el

transmisor de nivel 7 19% la seal c que se genera llega al controlador realimentado

C 19% este genera la seal m que conecta al conversor corriente ? presión de la

v)lvula de control % en el conversor se amplifica la seal de a 2 mili amperes en

otra de - a <: psi, la que mueve el actuador de la v)lvula. 1egún las características

del circuito idr)ulico, es el monto del aumento del flu$o =% por último este aumento se

traduce en un cambio en el nivel cerrando así el la&o.


IKP

719

C19

L

<

Figura 4 a

+C19

Ps

SP19

ES7A$MUECI"CUI70

BID"UIC0C1 9

719

<=m

c

r Figura 4 :



Filosofías de control pagina 2-

6.3 Control en prealimentado

Qay sistemas en los cuales la

variable ba$o control no puede estar

fuera de rango por m)s de un tiempo

determinado y si a esto se suma que

algunos procesos existen fenómenos

de transporte a su interior% el efecto

de una perturbación puede ser

grave. "sto se debe a que los efectos de la nueva situación demoran en refle$arse en

la salida y por tanto no son detectados por el sensor en forma inmediata de modo de

comen&ar una corrección. !or la misma ra&ón de la demora en manifestarse los

efectos de la carga o perturbación, es posible una gran demora en notarse los efectos

de la corrección.

+uando se inicia la corrección el efecto de la variable de actuación tiene un tiempo

de transporte. "se tiempo puede ser demasiado para el sistema ba$o control.

"s por eso que se utili&a el control prealimentado

que es, en palabras simples significa: anteponerse

a los efectos de la perturbación, para ello se utiliza

un lazo de control para detectar y corregir el

efecto de la perturbación cuando esta ocurriendo.

"l sistema de control responde en forma inmediata a la ocurrencia de la perturbación,

generando, la respuesta necesaria para anular o al menos atenuar el efecto en la

salida ba$o control.

"l esquema general del control prealimentado se muestra en la figura :. "s importante

destacar, que el control prealimentado es del tipo la&o abierto, vale decir que no se

mide la variable b$o control % si aparece otra perturbación no sensada, es decir no

considerada para esta filosofía de control entonces no existe compensación a sus

efectos.

"l controlador prealimentado 7FF8 es un filtro que afecta a la seal de carga, y por

ello tiene solamente una entrada y una salida7Figura :Ma8. "n el filtro est)

considerada una ganancia est)tica y una respuesta transitoria a un escalón de la

variable L



C0$7"0AD0"FF

SE$S0" DE ACA"A

= <m

Figura -

B?s@

Figura -a

mFF




E)emplos

E31 Gtro e$emplo de la biología. "l organismo de un animal detecta un peligro posible,

anteponi(ndose al posible efecto, ordena secretar adrenalina que eleva el tono

muscular% aumenta la concentración

y la presión sanguínea. "l fenómeno se llama estr(s.

E3/ "l control de nivel de un estanque, en el cual se utili&a la salida del estanque

como la perturbación del sistema. "ste e$emplo se muestra en la Figura

=.Gbs(rvese que el flu$o detectado se traduce en un flu$o de reposición , la idea

es ingresar el mismo flu$o que se saca, se est) controlando > sin medirlo% esto

confirma la naturale&a de la&o abierto de esta filosofía de control.

I K P

F7/9

C/9

L

<

ES7A$MUECI"CUI70

BID"UIC0C/9

F7/9

= <m

Figura 5

Es usual me*clar la prealimentaci&n con larealimentaci&n a (in de generar sistemas mu'esta:ili*ados ' precisos de control.

"n la Figura B se muestra la reali&ación para elcontrol del nivel del estanque . en esta solución,el flu$o de reposiciVn es mane$ado por lav)lvula de control. +omo esta v)lvula esaccionada por aire comprimido, se emplea unconversor de corriente a presión 7i H p8 el quetransforma la seal de corriente en presión .esteconversor es mane$ado por la seal de salida deun instrumento que suma la salida delcontrolador de la&o cerrado de nivel y la salida deprealimentaciVn del controlador L+ 92


IKP

719

C19

L

<J

F7/9

C/9

Figura 6



Filosofías de control pagina 2:

6.4 Control en cascada.

"l control en

cascada es

utili&ado

normalmente para

los casos en que

la variable de

actuación es

afectada por algunos problemas como los siguientes.

Fluctuaciones notables en la red de suministro% 1everas no linealidades del sistema

de actuación.

"stos problemas se traducen en que la variable de actuación no sigue a la seal demando del controlador en forma apropiada 7no ay proporcionalidad entre un

incremento del mando m con el incremento en =8

La solución para esta dificultad se muestra en la Figura se emplea un la&o de control

realimentado para me$orar el desempeo del sistema de actuación y la red de

suministro a la cual esta conectado. La referencia para este la&o 7la&o esclavo8 es la

seal manipulada del controlador principal 7 la&o maestro8

a esencia de un esuema de control en cascada es ue un la*o de control

esclavo ?(recuentemente realimentado@ es mane)ado por la salida de uno o m%scontroladores maestro?s@

E)emplo 41 "n la Figura D se muestra una aplicación al control de nivel, en este caso,

adem)s de lineali&ar la característica de la v)lvula, se soluciona el efecto de ba$as de

presión en la línea de alimentación ?=@


P"0CES0

C0$7"0AD0"

#AES7"0

Figura 8 C0$7"0 E$ CASCADA

SE$S0"#AES7"0

<r SIS7E#A DE

AC7UACIH$

C0$7"0AD0"

ESCA+0

SE$S0"ESCA+0

Lmsmm

cm

cs



Filosofías de control pagina 2=

I + P

LT10

LC10

,L

$ 'T20

'C20

LC10

ESTA"-UELC10

LT10

L $ * CIRCUITO

IDR/ULICO'C20

'T20

,&s&&

c&

cs

'()u*a

6.- Control de ra*&n.

"L control de ra&ón se debe utili&ar en los casos en que se requiera que dos o

m)s reactivos, u otros elementos, se tengan que me&clar en una cierta proporción

instante a instante 7no es posible pesar uno y luego el otro para $untarlos de una ve&8.

Un control de ra&ón se puede obtener de variadas maneras#

"mpleando un instrumento construido expresamente para ello 7solución por

ardare8

"mpleando una macro programada expresamente para ello 7solución por so(tare8

"mpleando un sistema de control en la&o abierto

"mpleando un sistema de control en la&o cerrado

♦ instrumento Qay fabricantes que disean instrumentos para aplicaciones

especificas como ser el control de combustión

♦ so(tare Qay controladores por softare incorporados en computadores

industriales

♦ control de ra*&n en la*o a:ierto. +onsidere el diagrama de bloques de la Figura

< . "n ella se muestra un sistema de control en la&o abierto que busca seguir a

una fracción de la variable principal% esta solución tiene todos los defectos del la&o

abierto, no ay certe&a que el cuociente UH>a sea el deseado.




Filosofías de control pagina 2B

P"0CES0SIS7E#A

DEAC7UACIH$

FAC70" DE"AH$

Figura 19 C0$7"0 DE "AH$ DE A0 A!IE"70

<=mC0$7"0A

D0"FAC70" DE

"AH$SE$S0"

+A"IA!EP"I#A"IA

Control de ra*&n en la*o cerrado.


C0$7"0AD0"F!

SE$S0"

<=m

c

r FAC70" DE"AH$

FAC70" DE"AH$

SE$S0"

FUN0#AES7"0

FUN0ESCA+0

Figura 11U

+onsidere el diagrama de bloques de la Figura <<. "n ella se muestra un sistema de

control en la&o cerrado para que un flu$o esclavo < pueda seguir al flu$o maestro U. 1í

el control es bueno entonces la relación UH> puede aproximarse a un valor a

previamente definido en forma aceptable.

E)emplo :< "n un proceso químico se debe lograr me&clar los flu$os U e > de modo

que UH> N λ

.

IKP

F719

F7/9

FC/9

U FLU6G

3'"1*IG

< FLU6G

"1+L';GCI"CUI70

BID"UIC0

<F719

U FUN0ESCA+0

Figura 1/a

FC/9

;+ 2

F7/9

+C/9

"n el diagrama de procesos e instrumentación de la Figura <2Ma se muestra la

solución generada en base a un sistema de control en la&o cerrado. 1e desea que el

flu$o esclavo > siga al flu$o maestro U. La proporción entre los flu$os queda dada por

las ganancias de los sensores de flu$o.




Filosofías de control pagina 2C

E)emplo -/ Control de la com:usti&n

"n la Figura <2Mb se presenta un sistema de calentamiento controlado de modo delograr combustión óptima, el flu$o de petróleo es mane$ado por la v)lvula ;+9<, estemane$o es eco por otro instrumento mediante una seal remota. "l transmisor deflu$o F*9< genera una seal que es a$ustada por una estación manual QW9< demodo que

r20 s1 0"# 1"#α α = ≤ ≤

el set9point generado ace que el flu$o de aire 7controlado por F+928 siga al flu$o depetróleo en una proporción previamente definida y que optimi&a la combustión.

I/P

HK

10

FC

20

I/P

FT

20

Estación manual deajuste

QUEMADOR

Aire

etróle!FT

10

"et #!int

Figura12!

$%2& Dam#er

"e'al

rem!taVC

10

VC

20

"1

#2$

r2$

8 A0S DE C0$7"0

"n proyectos y en la disciplina de instrumentación y control se abla muco de la&os

de control, paradó$icamente los 0ngenieros de terreno entienden cosas diferentes por la&o de control, en esta sección se plantea una definición de la&o de control que m)s omenos incluye lo que en terreno se alude como la&o de control.

De(inici&n Un la*o de control es la cadena de instrumentos ue se origina en unsensor ' (inali*a en una v%lvula de control o en un la*o de control esclavo.

+ada la&o de control corresponde a una estrategia de control y en general puede ser útil establecer el /iagrama de !rocesos e 0nstrumentación del la&o, su cadena y una




Filosofías de control pagina 2D

tabla de los instrumentos involucrados. 'provecando el desarrollo del próximo puntose ver)n e$emplos de lo sealado.

,. C0$7"0 DE +A"IA!ES DE P"0CES0

"n los procesos industriales es frecuente la necesidad de controlar las siguientes variables

$ivelPresi&n

Flu)o7emperatura





,.1 control de nivel,.1.a

"n la industria se emplean estanques y reactores como parte de los

procesos, con frecuencia se requiere mantener nivel constante a pesar

de los consumos que se conectan a estos recipientes.

Problema

Se tiene el estanqe de la !igra "#$ se desea mantener constante

el nivel %$ se sabe qe el fl&o de consmo es m' variable(

#odelo = <

1i ;9 designa el volumen inicial se tiene que

t

0

0A$ % V & L= + −∫

"sto refle$a la conservación del volumen del líquido.

Luego para que < sea constante se requiere que

=G la mayor parte del tiempo. "n la Figura <-Mb se

muestra un /iagrama de !rocesos e

0nstrumentación simplificado para la solución de

este problema, ya que la v)lvula ;M< genera

grandes variaciones de flu$o L, entonces el la&o de prealimentación dado por# F*92

L+92 ?19 produce una compensación instant)nea por el flu$o de carga. +omo

esta compensación no es absolutamente exacta, el la&o dado por#

L*9< L+9 < 19 produce una seal de compensación mientras exista error, es

decir ay una acción de compensación mientras el nivel actual no sea igual al nivel

deseado. "sto es particularmente cierto si el controlador de la&o cerrado L+9<

incluye una acción integral, por e$emplo del tipo proporcional9 integral. !ara poder

controlar efectivamente el nivel, es necesario disponer de un circuito idr)ulico de

reposición 7que permite generar el flu$o de actuación8 dico circuito idr)ulico es

en realidad el sistema de actuación y con frecuencia el elemento del mismo que

permite la interconexión con el sistema de control es la v)lvula de control.


=GFeGFs

<G BFigura

13

IKP

719

+91

L

< J

F7/9

C/9

Figura 13:

C19

S99

+99



Filosofías de control pagina -<

,.1.:1 Control prealimentado de nivel en cascada

Problema

Se tiene el estanqe de la !igra "#$ se desea

mantener constante el nivel %$ se sabe qe el

fl&o de consmo es m' variable ' as vez la

presi)n del circito *idrálico de reposici)n es

m' variable(

"l la&o de prealimentación representado en

la Figura <- y la Figura <-Ma ayuda a que

=G ocurra la mayor parte del tiempo

"l la&o prealimentado para el control de

nivel funciona de la siguiente manera# el

flu$o de carga L 7demandado mediante la

v)lvula manual ;9< es detectado por el

sensor F*92% la salida de este sensor cL alimenta al controlador FF 7Feed Forard8

L+92% la salida de este controlador es una entrada del sumador 19 el que

finalmente mane$a la v)lvula de control ;9 mediante un flu$o7 control en cascada8.

Gbs(rvese que el controlador FF es de nivel a pesar que recibe seal de un

transmisor de flu$o. 'dem)s obs(rvese que la suma es inteligente ya que elresultado queda dado por# sN @m2 9A X@m- 9A X

'T20

LC20

S00

'C0

c20 &20

s 00&0

'()u*a 1a

300

z00L

,.1.:./ Control de nivel realimentado en cascada.

!ara que el nivel del estanque < no sea afectado, = debiera ser igual a en todo

instante, pero, como eso no es exactamente posible, se ace traba$ar el la&o de

control realimentado representado en la Figura <- % en la Figura <-Mb se muestra la

cadena de instrumentos empleados.


IKP

719

+91

L

<

J

F7

/9

C

/9

Figura 13

F739

FC39

C19 S

99

+99



Filosofías de control pagina -2

LT10

LC10

S00

'C20

$ &10 s00

&20

'()u*a 14

300

z00c10

*10

"l la&o cerrado de control de nivel funciona así# "l nivel actual < es detectado

mediante el transmisor de nivel L*9<, la seal c< que genera se compara con la

referencia r< al interior del controlador L+9<, la seal de corrección generada m<

pasa a la estación de suma 19 y de allí al la&o de control esclavo de flu$o que

mane$a a la variable de actuación =

7a:la de instrumentos del Diagrama de Procesos e Instrumentaci&n

?empleados en el Diagrama de Procesos e Instrumentaci&n de la Figura

13.@

7ag 7ipo +aria:le medida o v%lvula decontrol accionada o la*o de

control esclavo mane)ado.

(unci&n de la se;al oclase de set point

719 transmisor de nivel $ivel estanue Sensa varia:le :a)o controlF7/9 transmisor de (lu)o Flu)o Sensa varia:le de carga F739 transmisor de (lu)o Flu)o esclavo de control en

cascada

Sensa varia:le esclava en

la*o de control esclavo de

(lu)oC19 Controlador maestro de la*o

cerrado de nivel del estanue

:a)o control

a*o de control esclavo de (lu)o Set point local

C/9 Controlador prealimentado de

nivel del estanue :a)o control

a*o de control esclavo de (lu)o Set point remoto

proveniente de la estaci&n

de suma.FC39 controlador esclavo de control

de nivel del estanue

+ 99 remoto

S>99 Estaci&n de suma Flu)o esclavo de control en

cascada

$o aplica




Filosofías de control pagina --

,./ Control de presi&n

,./.a Control serial de presi&n

La presión de suministro !c a un

consumo es una variable que

requiere control en algunos

procesos. +onsid(rese la Figura

<. ' pesar de que se trata de un

suministro de un líquido, lo que se

ver) tambi(n se aplica para gases

en los cuales no ocurran grandes

cambios de densidad. "l esquema

de control de la Figura < es

llamado serial porque el caudal por la v)lvula de control y el consumo es el mismo.

#odelo = <

1e tiene que la diferencia DPv de presión en los extremos de la v)lvula de control;+9< esta dada por

DPvG P:> Pc

/onde

DPv# diferencia de presión en la v)lvula de

control

!b# presión de salida de la bomba centrifuga

7Figura <M'8

Pc# presión del consumo7variable con el caudal

Mc demandado8

Mc# flu$o de consumo

La curva de la Figura <Ma indica que la presión

de la bomba centrifuga varía con el caudal que

debe impulsar. "n este proceso, la variable < salida de control es PCO la carga est)

dada por el caudal variable Mc que puede demandar el consumo. La variable de

actuación = es la diferencial de presión Dp que ocurre en la v)lvula de control y que

es mane$able por la seal m< 7variable manipulada por el controlador !+9<. si la

carga debe traba$ar a una presión !c a pesar de que el consumo varia entre Rc< y

Rc2 , entonces el valor m)ximo de /!v es !c<9 !c y el valor mínimo de /!v es

!c29!c


IKP

P719

PC19

Figura 14

Estanue madre

!om:acentri(uga

Consumo+C19

P: Pc Mc

P:

M:

Figura 14A

Pc1

Mc/

Pc9

Mc1

Pc/




,./.: Control paralelo de presi&n

La presión de suministro !c a un consumo puede controlarse tambi(n mediante un

caudal fantasma que se deriva al estanque madre como lo muestra la Figura <:. "l

principio de funcionamiento se origina en la curva de la bomba centrifuga 7Figura

<:Ma8. !uesto que la presión de la bomba P: es la misma que la presión del

consumo Pc, entonces para que esta sea constante, el caudal por la bomba

centrifuga debe ser constante y del valor que la curva determine.

1ea !c el valor deseado para la presión de salida, entonces por la bomba debe

salir un caudal Rb, para que se mantenga la presión debe cumplirsela siguiente

relación

M:9GMcJMv/

La v)lvula de control debe a$ustarse de modo que si la presión disminuye de lo

deseado, entonces debe disminuir el caudal que pasa por ella.


IKP

P719

Figura 1-

!om:acentri(uga

Consumo

Mc

Pc

+C19

P:

M:

Mv/

P:

M:9

Figura 1-A

Mc/

Pc9

Mc1

M:

Mv/



Filosofías de control pagina -:

,.3 Control de (lu)o

,.3.a control de (lu)o con v%lvula de control

I + P

'T20

'C20

P4 Pc

'()u*a 16

Co5su&o

-c

P4

-4

'()u*a 16A

Pc

-c

3C20

1e desea controlar el flu$o suministrado a un consumo, este consumo presenta una

presión de carga !c a ese valor de flu$o. +onsid(rese la Figura <=. ' pesar de que

se trata de un suministro de un líquido, lo que se ver) tambi(n se aplica para gases

en los cuales no ocurran grandes cambios de densidad. "l esquema de control de la

Figura <= emplea una v)lvula de control para modular la diferencia de presión entre

la bomba y el consumo.

#odelo = <

1e tiene que la diferencia DPv de presión en los extremos de la v)lvula de control

;+92 esta dada por

DPvG P:> Pc

/onde

DPv# diferencia de presión en la v)lvula de control

!b# presión de salida de la bomba centrifuga 7Figura <=M'8

Pc# presión del consumo7variable con el caudal Mc controlado8

Mc# flu$o de consumo

La curva de la Figura <=Ma indica que la presión de la bomba centrifuga varía con

el caudal que debe impulsar. "n este proceso, la variable < salida de control es McO

la carga est) dada por la presión variable Pc que resiste al caudal. !ara que este

proceso pueda funcionar es necesario que la presión de la bomba sea siempre

mayor que la presión de carga La variable de actuación = es la diferencial de presión

Dp que ocurre en la v)lvula de control y que es mane$able por la seal m2 7variable

manipulada por el controlador F+92. la v)lvula de control debe disminuir su

diferencia de presión cuando el flu$o disminuye del valor deseado cuando la presión

de carga aumenta.




Filosofías de control pagina -=

,.3.: control de (lu)o con variador de (recuencia.

"n algunos casos, para el control del flu$o, se emplea por motivos de seguridad, un

variador de frecuencia como lo muestra la Figura <B. "l variador de frecuencia se

usa para cambiar la velocidad a la cual el motor 3 mueve a la bomba y con ello

cambia la curva de operación de la misma, Figura <BM' . "n una bomba centrifuga

la presión de salida es proporcional al cuadrado de la velocidad de giro y su caudal

es proporcional a la velocidad de giro. La condición de equilibrio es a un Rc tal que

!cN!b, es decir debe existir una velocidad n que garantice eso% por ello esta forma

de control solo es posible cuando la característica del consumo tiene una forma

similar a la de la Figura <BMP

Figura 16!

Mc

F749

SC49

# FC49

Pc

P:

Figura 16

Consumo

Mc

P:

M:

Figura 16A

Pc

Mc

n1

n/

n3

n4

n




Filosofías de control pagina -B

,.4 Control de temperatura,.4.1 Control de temperatura con llama

1e tiene el proceso de calentamiento de la

Figura <C. 1e tiene adem)s un la&o de

control de nivel no dibu$ado que mantiene

ra&onablemente el nivel a pesar del flu$o Re

de entrada al estanque. "l estanque

contiene un agitador que omogeni&a la

temperatura de la fase liquida

1e desea controlar la temperatura de la fase

liquida por lo tanto la variable ba$o control es

la temperatura *. +laramente una carga es el

flu$o de liquido que ingresa al estanque. La

variable de actuación es el flu$o de calor

aportado por la combustión del gas licuado.

La instrumentación mostrada en la Figura <B corresponde a un esquema de control

de la&o cerrado m)s una prelimentación con el flu$o de ingreso al estanque.


IKP

7C19

7C19

J

F7

/9

7719

Figura 18

+C19

S19

+B

Re

RU"3'/GI L!5



Filosofías de control pagina -C

,.4./ Control de temperatura con intercam:iador de calor

VAPOR

A(ua )r*a

'()u*a 1

+!ndensad!

IKP

7C

/9

7C

19

J

F7

/9

77

19

+C

19

AGUA

CALIENTE

INTERCAM%IADOR

DE CALOR

"n la Figura <D se presenta un proceso de calentamiento para obtener agua caliente

por medio de un intercambiador vaporM agua. La variable ba$o control es la

temperatura del ducto de salida la que se detecta mediante el transmisor de

temperatura **9<, este instrumento se conecta con el controlar de la&o cerrado

*+9< 7con set point local8 a la acción de este controlador se suma la del controlador

de prealimentación *+92.




Filosofías de control pagina -D

19 Errores en instrumentaci&n ' control de procesos industriales

' veces se aprende m)s de los errores, en lo que sigue se muestran algunasequivocaciones.

19.1 con(licto entre controladores

Problema

Se tienen dos estanqes t+" ' t+, en ambos debe

mantenerse el nivel constante( En t+" deben mezclarse

los fl&os A - . en la proporci)n

Fa a

F' 1

/on a00"1(

Debetransferirse

por gravedad el resltado de la mezcla al

estanqe t+, ( !inalmente el fl&o de salida

de t+,2!3,415 es demandado como consmo

por otro proceso(

"n la Figura 2< se muestra la solución dada

al problema. "sta solución tiene el error de#

Con(licto entre la*os de control# se

esta empleando el mismo flu$o como

variable de actuación para controlar el

nivel del estanque tY<. los la&os de

control de nivel 2. y < disputan entre

si.

6O SE P7EDE 7SAR 76A 8IS8A9ARIA.:E DE A/;7A/I<6 PARA /O6;RO:AR , !E6<8E6OS

SI87:;=6EA8E6;E


Flu)oF/>9

t1

t/

Flu)o Fa

Figura /9

Flu)oF1>/

Flu)o F:

Flu)oF1>/

7/9

IKP

FC

/9

F7/1

F7/9

C19

719

IKP

t1

+c39

Figura/1t/

Flu)o (a Flu)o (:

C/9

IKP

Flu)oF/>9

+c19+c/9



Filosofías de control pagina

"n la Figura 22 se muestra la solución correcta

Flu)o

1>/

C39

739

IKP

FC/9

I K P

F7/1

F7/9

C19

719

IKP

t1

+c19

+c39

t/

Flu)o (:

Flu)o (a

+c/1

Figura

//





19./ instrumentos innecesarios

SPT 1$

,a#!r

A(ua )r*a

A(ua

caliente

c!ndensad!

TC10

TT

10

FT40

I/P

FC40

"

PT20

TC20

Figura 2&

Problema

Se tiene n calentador indstrial de aga de proceso en base a vapor$ se sabe

qe la presi)n de sministro de vapor es m' variable( Se desea controlar latemperatra del aga calentada(

"n la Figura 2- se muestra la solución al problema planteado. "sta solución

considera un la&o realimentado de control de la temperatura de salida con set point

local 1!*9<. ' la acción correctiva de este la&o se a agregado una

prealimentación de la presión del vapor. "sta solución presenta exceso de

instrumentos.

SPT 1$

,a#!r A(ua )r*a

A(ua

caliente

c!ndensad!

TC

10

TT

10

FT40

I/P

FC40

SPT1$

,a#!r A(ua )r*a

A(ua

caliente

c!ndensad!

TC10

TT

10

I/P

"

PT20

TC20

Figura 2'

Figura 2(

"n la Figura 2 y 2: se muestran dos soluciones, en la primera se a empleado un

control en cascada de la temperatura, el la&o esclavo mane$a el flu$o de vapor acia

el intercambiador de calor. "n la segunda solución, adem)s de la realimentación se

a considerado una prealimentación con la presión del suministro de vapor.





E)ERCICIOS PROPUESTOS

E&ercicio "5 +onsidere el sistema de control

autom)tico de la Figura a.

1e tiene un comportamiento insatisfactorio del

sistema ba$o control y se a logrado determinar que

la presión de suministro !s se cae notablemente cuando se conectan otros

consumos a dico punto.

Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol(

, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e

Instrmentaci)n de la solci)n final

E&ercicio ,5+onsidere el sistema de control autom)tico de la

Figura a. 1e tiene un comportamiento insatisfactorio del

sistema ba$o control y se a logrado determinar que la

relación entre la variable de actuación y la salida m< del

controlador de nivel L+9< es fuertemente no lineal , tal

como lo muestra la Figura "<.

Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol(, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e



=

m19

Figura E1

IKP

719

C19

L

<

Figura 4 a

+C19

Ps

SP19




E&ercicio #5 +onsidere el sistema de control

autom)tico de la Figura a Se pide predecir el

comportamiento del sistema ba&o control cando por

accidente se desconecta el lazo de corriente qe va

desde el transmisor de nivel :;?"1 al controlador

de nivel :/4"1(

E&ercicio @5 +onsidere el sistema de control

autom)tico de la Figura a. Se pide generar n

esqemático de las coneAiones eléctricas '

nemáticas involcradas en dic*a !igra

E&ercicio B5 +onsidere el sistema de control

autom)tico de la Figura

"2. ' pesar de la prealimentación y realimentación se

tiene un comportamiento insatisfactorio del sistema ba$o

control y se a logrado determinar que la presión de

suministro !s se cae notablemente cuando se conectan

otros consumos.

Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&o control(



E&ercicio C5+onsidere el sistema de control autom)tico de la Figura "2. 1e tiene un

comportamiento insatisfactorio del sistema ba$o control y se a logrado

determinar que la relación entre la variable de actuación y la salida sm< del

1umador 19< es fuertemente no lineal , tal como lo muestra la Figura "2Ma.

Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol(, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e



IKP

719

C19

L

<

J

F7/9

C/9

Figura E/

S19

sm<.

1!L<.

Ps

=

sm19

Figura E/a




E&ercicio "15 +onsidere el sistema de control autom)tico de la Figura "-, este

sistema de control pretende obtener combustión óptima del petróleo. 1e tiene un


determinar que la presión de suministro !s se cae notablemente cuando se

conectan otros quemadores.

I+P

610

I+P

stacinman*a+ dea,*ste

-./AOR

A(*e

Petr+e'T10

'()u*a E

V20 am3er

4e5a+remta V6

10

3C20

s1

h&10

Ps

Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol ante las caídas de presi)n Ps del soplador(, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e






E&ercicio ""5 +onsidere el sistema de control autom)tico de la Figura "-, este

sistema de control pretende obtener combustión óptima del petróleo. 1e tiene un


determinar que el flu$o de aire no sigue adecuadamente al flu$o de petróleo.

Se pide3

" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol ante las caídas de presi)n Ps del soplador(, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e


E&ercicio ",5 +onsidere el sistema de control autom)tico de la

Figura "2. 1e tiene un comportamiento insatisfactorio del

sistema ba$o control y se a logrado determinar que la relación

entre la variable de actuación y la salida m< de la estación

manual de traba$o QW9< es fuertemente no lineal , tal como lo

muestra la Figura "-Ma.

Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>odel sistema ba&o control(

, establecer los lazos de control involcrados en la solci)n final ' dib&ar

los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n de la solci)n final


=

hm19

Figura E3a



Filosofías de control pagina B

E&ercicio "#5 Considere el sistema de control

automático de la Figura E4 !e tiene un

comportamiento insatisfactorio del sistema

"a#o control $ se %a logrado determinar&ue la relación entre la varia"le de

actuación '()*v $ la salida m10 del

controlador de presión *C+10 es

fuertemente no lineal , tal como lo muestra

la Figura E4+a

Se pide3

" agregar lainstrmentaci)nqe me&ore el

desempe>o del sistema ba&o control(, establecer los lazos de control involcrados en lasolci)n final ' dib&ar los Diagramas de bloqescorrespondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e

Instrmentaci)n de la solci)n

E&ercicio "@5 Considere el sistema de control automático de la Figura E4 !e tiene

un comportamiento insatisfactorio del sistema "a#o control $ se %a logrado

determinar &ue la presión de la "om"a centrifuga *" se cae nota"lemente

cuando se conectan otros consumos

Se pide3" agregar la instrmentaci)n qe me&ore el desempe>o del sistema ba&ocontrol(




IKP

P7

19

PC

19

Figura E4

Consumo 1

!om:acentri(uga

+C

19

P:

PcJ DPv >

Consumo /

Consumo n

Consumo

Estanuemadre

=GDPv

m19

Figura E4a



Filosofías de control pagina C

E&ercicio "B5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura

E- !e desea determinar el comportamiento del sistema "a#o control

Se pide3" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control((

, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e

Instrmentaci)n de !igra EB


L*

<

L+

<

F*

2

0H!F+

2

F*

-

F*

:

L*

L+

J

0H!

F*

=

L+

=

L+

:

F<

F2

F-

F

F:

tY<

tY2

iHp Figura

E-

1



Filosofías de control pagina D

E&ercicio "C5 Considere el )iagrama de *rocesos de la Figura E. !e desea el

siguiente comportamiento del sistema "a#o control /os estan&ues t1 $ t2 de"en

funcionar a nivel constante /os flu#os F4 $ F- son mane#ados por otros procesos

*or cada litro de F &ue ingresa a t2 , de"en ingresar 10 litros de F2

Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e

Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e

Instrmentaci)n del pnto "


F<

F2

F-

F

F:

t1

tY2

Figura

E5

Q<

Q2

;c

:

;c




E&ercicio "5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura

E !e desea determinar el comportamiento del sistema "a#o control

Se pide3" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control((, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas de

bloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e


T1

L610

'l Co5su&o

.

'7p3apo*

V6

20

LT10

78P

TT22

T621

T622

FT21

TT20

FT90

F690

78P

78P

'* *eac8(7o

's9 Soluc(:59*;a

'sh Soluc(:5cal(e58e

3apo*co5<e5sa<

o

'()u*a E=

V690

V610

I"TERCABIADOR DECALOR




Filosofías de control pagina :<

E&ercicio "5 Considere el )iagrama de *rocesos de la Figura E3 !e desea el

siguiente comportamiento del sistema "a#o control El estan&ue t1 de"e funcionar

a nivel constante Elo flu#o Fl es mane#ado por otro proceso *or cada litro de Fs%

&ue ingresa a t1 , de"en ingresar - litros de Fr la temperatura de Fs% de"e ser

constante !e sa"e &ue la presión disminu$e al conectarse otros consumos al punto

*s se sa"e &ue la temperatura de Fsf es mu$ varia"le $ se sa"e &ue el consumo Fl

es tam"ién mu$ varia"le




T1

'l Co5su&o

I58e*ca&4(a<o* <ecalo*

3apo*> Soluc(:5

.

's9 Soluc(:59*; a

'sh Soluc(:5cal(e58e

3apo*

'()u*a E?

'* Reac8(7o

Ps




Filosofías de control pagina :2

E&ercicio "F5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura

E !e tiene un insatisfactorio desempe5o del sistema "a#o control

Se pide3" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e

Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)nB( modificar el Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n a fin de lograr qe la presi)n del consmo P/ sea fi&a a pesar de las variaciones de fl&ode carga G#1 ' la caída de la presi)n de la bomba centrifga debido ala demanda de cadal G#" de otros consmos(

(+p

Q

>5RP

31M

A OTROSCO"SUOS

P:

'C

'T

PT6

'C6

Pc

39M

343/

33

3-39

31

3C6

'()u*a E

Bo&4a

ce58*(9u)a

CO"SUO

E&ercicio ,15 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura

E10 Se pide3




Filosofías de control pagina :-

" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e

Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)n

FT

&$

H1

LC1$

f 1

H2

FT

20

Figura E1$

I*P

f 13

I*PVC

20

f 12

FT

11

VC

10

FT

40

FC

40 I*P

VC

40

/T

40

/C

40

H&

f 3

FT

21

I*P

VC

21

f 23

FC

21

FC

20

FT

21

f 2

FC

21

I*P VC

21

t3

t/

t1

E&ercicio ,"5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura

E10 Se pide3

" eplicar el efecto de la desconei)n de cada no de los transmisores-efectar el análisis desconectándolos de a no(





E&ercicio ,,5 Considere el )iagrama de *rocesos de la Figura E11 !e desea el

siguiente comportamiento del sistema "a#o control /os estan&ues de"en

funcionar a nivel constante El flu#o F es mane#ado por otro proceso *or cada litro

de F1 &ue ingresa a t2 , de"en ingresar - litros de F2 se sa"e &ue la fuente de

suministro de F1 es mu$ varia"le en su presión 6 se sa"e &ue el consumo F es

tam"ién mu$ varia"le




E&ercicio ,#5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la FiguraE10 Se pide3

" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e



: 9

: 19

B1: 1

: 29

: 2B/

Figura E11

B1



Filosofías de control pagina ::

@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)n

E&ercicio ,@5 En un *ro$ecto de Control

7utomático ndustrial, el cliente desea

disponer de agua caliente usando un

intercam"iador vapor 8 agua de la Figura

E1, la instrumentación de"e considerar

&ue9

/a caldera &ue suministra el vapor tiene ca:das

de su presión cuando se conecta este $ otros consumos ;caldera c%ica<

El caudal de agua fr:a es mu$ varia"le

Se pide3" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e





Filosofías de control pagina :=

E&ercicio ,B5 +onsidere el /iagrama de !rocesos de la Figura "<% 1e desea

controlar el proceso de modo que ingresen < litros de agua tibia por cada litro de

reactivo R: y de modo que se mantenga el nivel Q constante . !ara entibiar el

agua fría se debe controlar el intercambiador de modo que la temperatura del

flu$o R2 sea constante e independiente de la temperatura del agua fría y el caudal

R< demandado por otro proceso.


Instrmentaci)n

, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e



Figura E14

M1

B

A;*a Ti'ia

Intercam:iadorde calor +apor > Agua

A;*aFr<a

Va3rr

M3

M4 M/

M-



Filosofías de control pagina :B

E&ercicio ,C5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura

E1- Se pide3

" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos

# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)n

PET!"E!

I/P

I/P

C/9

7/9

F1 AUA P"ECAE$7ADA

MUE#AD0"

C0$SU#0

I/P

AI"E

7739

7C39

P719

PC19

7C39FC49

F749

F7-9

7C39FC-9

I/P

F719

FC19

Figura

E1-




Filosofías de control pagina :C


E1. Se pide3


# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)nB detectar si *a' instrmentaci)n innecesaria




Filosofías de control pagina :D


E1 Se pide3



IKP

FC19

IKP

=799

FC19

7719

7C19

719

C19 J

=C99

P799

=C91

Figura E 16

C0#!US7I!E

AMUI7"A$

E&ercicio ,F5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura

E13 Se pide3







E&erci+

onsidere el /iagrama de procesos de la figura "<D% 1e desea controlar el proceso

de modo que ingresen < litros de agua tibia por cada litro de reactivo R: y de

modo que se mantenga el nivel Q constante . !ara entibiar el agua fría se debe

controlar el intercambiador de modo que la temperatura del flu$o R2 sea

constante e independiente de la temperatura del agua fría y el caudal R<

demandado por otro proceso. La combustión debe a$ustarse con a litros de aire

por cada : litros de gas.




Filosofías de control pagina =<


Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de los

lazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n del pnto "

E&ercicio #"5 +onsidere el /iagrama de procesos de la figura "2% 1e desea

controlar el proceso de modo que ingresen < litros de f<- por cada litro del

reactivo f2- y de modo que se mantenga el nivel Q- constante. Los niveles Q< y


ES7A$MUE P"0DUC70 FI$A

AUA

F"IA=

FIU"A

E1,

h9

AUA

CAIE$7EAI"E

AS

"EAC70" '



Filosofías de control pagina =2

Q2 tambi(n deben permanecer constantes. !ara calentar los estanques tY< y tY2

se emplean calefactores el(ctricos de potencia < y 2 respectivamente. 1e

desea que los estanques tY< est(n a las temperaturas *< y *2 respectivamente.

"l producto f- es desmandado por otro proceso.




E&ercicio #,5 +onsidere el /iagrama de !rocesos de la Figura "2<. 1e trata de

un calentador a presión para proveer agua caliente para el estanque tY- y vapor


Figura E/9

B 3

B 1B /

( /3

( 3

( 13

( 1( /

1 /

t1 t/

t3



Filosofías de control pagina =-

saturado para calentar el reactivo del estanque tY2. "l calor requerido para

calentar el calentador a presión tY< proviene de un calefactor el(ctrico de

potencia Z variable mediante un controlador de potencia.

"n el estanque tY- debe me&clarse el agua caliente con el reactivo en una ra&ón

dada de < litro de agua caliente por [ litro de reactivo. el tamao de los estanques

guarda relación con la proporción de me&cla.

Un sistema de control propio, no representado en la Figura mantiene constante el

nivel del estanque tY2.

1e desea disear los la&os de control necesarios para obtener que Q< y Q2, sean

constantes. *ambi(n para que que las temperatura *< y *2 sean constantes e igual

a aun valor preestablecido diferente para cada una.. "l flu$o Fd de demanda es

mane$ado por otro proceso.

Se pide3

" Desarrollar la instrmentaci)n necesaria en n Diagrama de Procesos e Instrmentaci)n, dib&ar los Diagramas de bloqes correspondientes a cada no de loslazos de control involcrados en la solci)n(# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e


E&ercicio ##5 +ons

i dere

el

/iagrama de procesos de la figura "22% 1e desea controlar el proceso de modo

que# Los estanques *W<, *W2 y *W-, deben funcionar a nivel constante. "l flu$o

L< no puede ser controlado, debe ser procesado según apare&ca. "l flu$o Z<

debe seguir a L< de modo que Z<HL< N a. "l flu$o Z- debe seguir a Z2 de modo


'()u*a E21

'ac

A)uacal(e58e

'*Reac8(7o

Aco5<e5sa<o

8B2

Cale58a<o*a p*es(:5

A)ua 9*;a*epos(c(:5

'0

1 T1

T 8B

8B1

'<De&a5<a

'7 7apo*

2T2




que Z-HZ2 N b. "l flu$o &< debe seguir a &2 de modo que &<H&2 N c. 1e debe

emplear el flu$o de vapor ;< para lograr que la temperatura *< del estanque *W<

sea constante a pesar del efecto de los flu$os L<9Z<.1e debe emplear el flu$o de

agua caliente F< para lograr que la temperatura *- del estanque *W- sea

constante a pesar del efecto de los flu$os \< ? \2.

Se pide3" Desarrollar lainstrmentaci)nnecesaria en n

Diagrama de Procesose Instrmentaci)n, dib&ar los

Diagramas de bloqescorrespondientes acada no de los lazosde control involcrados en lasolci)n(# constrir la tabla deinstrmentos del

Diagrama de Procesose Instrmentaci)n del

pnto "

E&ercicio #@5 Considere el )iagrama de *rocesos e nstrumentación de la Figura

E2 Se pide3

" eplicar el fncionamiento de la planta ba&o control(


Fi#ura E22

TK1

TK$

"1 % 1

% 2 % $V 1

& 1 & 2

& $

F 1

TK2



Filosofías de control pagina =:

, establecer los actales lazos de control ' dib&ar los Diagramas debloqes correspondientes a cada no de ellos# constrir la tabla de instrmentos del Diagrama de Procesos e

Instrmentaci)n de !igra EB@ (detectar si eisten conflictos en instrmentaci)nB detectar si *a' instrmentaci)n innecesaria

Figura E23

i/P FC

50

FT

50

h-9 7-9

LT

51LC

51

h-1 7-1

1/PM-/

M-1

'()*("

PT

52

FC

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Filosofias de Control

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