UNIVERSIDAD LAICA ELOY ALFARO DE MANABI
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
BIBLIOGRAFIAS :
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
AUTORES:
- GARCIA ALVIA LUIS FERNANDO
- CEDEÑO CHAVEZ MARLON
- PINCAY VIVAR RENSO
SISTEMA DE CONTROL DE LOS PROCESOS
El objeto de todo proceso industrial es la obtención de un producto final, de unas características determinadas de forma que cumpla con las especificaciones y niveles de calidad exigidos.
La misión del sistema de control de proceso es corregir las desviaciones surgidas en las variables de proceso respecto de unos valores determinados, que se consideran óptimos para conseguir las propiedades requeridas en el producto producido.
Definición
“Es un arreglo de componentes físicos conectados
de tal manera, que el arreglo pueda comandar, dirigir o regular a sí mismo o a
otro sistema”.
Los controles automáticos o sistemas de control constituyen
una parte muy importante en los procesos industriales modernos, donde se les
usa principalmente para regular variables tales como la presión, temperatura,
nivel, flujo, viscosidad, densidad, etc.
Ejemplo de un Sistema
de Control.
Control
de nivel de un tanque de agua.
Ventajas de un
control automático
Las ventajas de un control automático son principalmente
económicas, ya que permite:
- Mejorar la calidad de los productos.
- Disminuir los tiempos de operación.
- Reducir la dependencia de operarios para manejar procesos.
- Reducir costos de producción.
VARIABLES
- En ciencia la palabra variable se usa para describir cualquier factor que cambia o puede ser cambiado y que además se le puede asignar un valor.
- Es una característica que puede tomar diferentes valores en un determinado tiempo.
Las entradas y salidas de un
proceso son denominadas variables, debido a que están interrelacionadas con el
mismo en una forma estática y/o dinámica. Los diferentes tipos de variables que
intervienen en un proceso, son: variables manipuladas, variables controladas,
variables no controladas y perturbaciones. Temperatura, nivel, flujo, presión, son las
variables más comunes en los procesos industriales, las cuales son monitoreadas
y controladas por medio de la instrumentación.
Variable manipulada.
Es la señal sobre la cual se actúa o se modifica con el fin de mantener la variable controlada en su valor. Esta cambia continuamente para hacer que la variable controlada vuelva al valor deseado.
Es la señal sobre la cual se actúa o se modifica con el fin de mantener la variable controlada en su valor. Esta cambia continuamente para hacer que la variable controlada vuelva al valor deseado.
Las variables
manipuladas son aquellas que el científico cambia sistemáticamente y en función
de la cual espera observar una respuesta. (Santelices, 1989)
ejemplo :es el flujo de entrada del líquido o la apertura de la válvula.
ejemplo :es el flujo de entrada del líquido o la apertura de la válvula.
Variable controlada.
Es aquella que se mantiene en una condición específica deseada, es la que se quiere controlar. ejemplo :es el nivel del líquido.
Es aquella que se mantiene en una condición específica deseada, es la que se quiere controlar. ejemplo :es el nivel del líquido.
·
PERTURBACIONES:
Una perturbación es una señal desconocida y de carácter aleatorio, que tiende a modificar, en forma indeseada, el valor de salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema se denomina interna, en tanto que una externa se produce fuera del sistema. Son por lo general flujos, temperaturas, composiciones. No todo el tiempo pueden ser medidas, pero el sistema de control debe ser capaz de regular el proceso en presencia de ellas (premisa que en algunas ocasiones no se logra), tales como temperaturas, presión, concentración, etc.
Un ejemplo de perturbación es la variación de la temperatura
ambiente, en procesos que requieren control de temperatura. En general es
deseable que el control mantenga las variables a controlar más allá de las
perturbaciones, “rechazando las perturbaciones externas”. Esta propiedad de
“rechazo de perturbaciones” es característica de los sistemas de control de
lazo cerrado. (Roquez,
2012)
REPETIBILIDAD
La repetibilidad a la capacidad de
un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en
las mismas condiciones a lo largo de periodos dilatados de tiempo. Por
ejemplo, si pesamos en una balanza un vaso tres veces seguidas, obtengamos
lecturas ligeramente diferentes. Capacidad de un operador para repetir de
manera uniforme la misma medición de la misma pieza, utilizando el mismo sistema de medición , bajo las mismas condiciones.
Sirve para analizar la
variación entre el método de medición y las distintas personas que pueden
realizar estas mediciones (analistas). Habitualmente se realiza en laboratorios
o en procesos de fabricación para conocer que variaciones o dispersiones de resultados
que podemos obtener al repetir el mismo ensayo por la misma persona o bien por
distintas personas. Muchas veces sirve para detectar errores en protocolos de
ensayo.
EXACTITUD
Se define el término
exactitud como el grado de concordancia entre el resultado de una medición y un
valor verdadero del mensurando. se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor
medido
Este término es
cualitativo. Si la medición es más próxima al valor verdadero significa que es
exacta
Es la cualidad
de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al
verdadero valor de la magnitud medida. Otra definición puede ser, la exactitud
es una medida de la diferencia entre el valor medio de un grupo de medidas y el
valor verdadero de la misma. (Ramos, 2014)
PRECISIÓN
El término precisión es
usado para designar que tan consistentes son las lecturas realizadas por un
instrumento.
La precisión se refiere a qué tan cerca
están las mediciones entre ellas.
LINEALIDAD
Expresa
lo constante que resulta la sensibilidad del sensor o aparato de
medida. Una sensibilidad constante (alta linealidad) facilita la
conversión del valor leído al valor medido.
A la máxima desviación con respecto a la
recta proporcional se le denomina alinealidad y está dada en porcentaje:
INCERTIDUMBRE
La incertidumbre es un parámetro
que debe asociarse a cualquier medida para caracterizar la dispersión de los
valores que razonablemente pueden atribuirse a la magnitud que se mide. La
incertidumbre es un elemento fundamental de toda medida a fin de delimitar su grado
de validez.
El resultado final de una medida Y
se expresa como la mejor estima del valor de la magnitud que se mide Yc, junto con el
intervalo de incertidumbre que resulta I, y la indicación del nivel de
confianza que se utiliza k.
CONTROLADOR
Es el
encargado de decidir el tipo de acción sobre el elemento final de control. El
controlador tiene dos funciones esenciales:
•
Comparar la variable medida con la de referencia deseada (punto de operación o
Set Point), para determinar el error que existe entre ellas.
•
Enviar una señal al elemento final de control con el objeto de modificar su
acción en el sentido adecuado para reducir el error.
ACTUADOR
Un actuador
es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o
eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto
sobre un proceso automatizado.
Este
recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la
orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.
Actuadores hidráulicos: Son los que han de utilizar un
fluido a presión, generalmente un tipo de aceite.
Actuadores Neumáticos: En estos actuadores se comprime el
aire abastecido por un compresor, el cual viaja a través de mangueras
Actuador Eléctrico: Sólo requieren de energía
eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir
electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones
respecto a la distancia entre la fuente de podery el actuador.
ELEMENTO FINAL DE CONTROL
Responsable de implementar el cambio
deseado al proceso, puede ser una válvula, una bomba, un compresor, o un elemento de
calentamiento eléctrico.
Válvula
de control:
Son
los elementos finales de control más usados en los procesos, son encargadas de
regular el flujo que circula a través de ellas.
En el
control automático de los procesos industriales la válvula de control juega un
papel muy importante en el lazo de regulación. Realiza la función de variar el
flujo de la variable manipulada, para con ello modificar el valor de la variable
controlada.
Válvula de control
El cuerpo de la válvula contiene en su
interior el obturador y los asientos, está provista de rosca o bridas para
conectarla con la tubería. El obturador es quien realiza la función de control
de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener
un movimiento rotativo. Está unido a un vástago que pasa a través de la tapa
del cuerpo y que es accionado por el servomotor.
SENSOR
Un sensor es
un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas
variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
Las
variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad
lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,
torsión, humedad, pH, etc.
TRANSMISOR
Los transmisores captan
la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a
distancia en forma de señal neumática, electrónica.
Los transmisores neumáticos se basan en el
sistema tobera-obturador que, mediante bloques amplificadores con
retroalimentación por equilibrio de movimientos o de fuerzas, convierte el
movimiento del elemento primario de medición a una señal neumática de 3-15 psi
(libras por pulgada cuadrada) o bien su equivalente en unidades métricas 0,2-1
bar (0,2-1 Kg/cm2) (20-100 kPa), siendo su exactitud del orden del ± 0,5%.
Transmisores Electrónicos.-Son
aquellos que utilizan como energía señales eléctricas de 4-20 mA.
El
principio básico a tomar en consideración en un transmisor Electrónico es que
reciben una señal de entrada o alimentación 105-50Vcc mA y por medio del
proceso o variaciones del proceso la transforman a una señal de 4-15 mA, la
cual es transmitida para tomar las medidas preventivas o acciones tomadas por
el proceso de la instalación.
Transductor.
Son los dispositivos encargados de realizar la
medición de las variables en un proceso.
Existen diferentes tipos de transductores de
acuerdo al tipo de variable que se está midiendo (temperatura, presión, nivel,
flujo, composición, etc.) y las condiciones de medición (exactitud, linealidad,
sensibilidad, rango de medida, etc.).
Por ejemplo:
- Para medir temperatura se utilizan termopares, termistores, pirómetros.
- Para medir presión se utilizan fuelle, tubo de Bourdon, sensores piezoeléctricos.
- Para medir nivel se utilizan varilla con gancho, regla graduada, flotador
Acondicionador.
Es un equipo de protección electrónica que recibe una tensión
(voltaje) a la variable de Entrada, para entregar una tensión (voltaje)
constante (es decir regulado/acondicionado) a la Salida.
Combina funciones de Regulación de Voltaje, Filtrado de Línea,
Supresión de Picos y Filtro de Ruido Eléctrico, además de una supervisión en
los parámetros del voltaje de salida que opera con Desconexión Automática ante
irregularidades extremas en la alimentación de energía, al desconectar el
sistema para que la carga (equipos conectados) no se vea afectada.
Microcontrolador.
El Microcontrolador es un circuito integrado como una pequeña computadora que incluye
sistemas para controlar elementos de entrada/salida. También incluye a un
procesador y por supuesto memoria que puede guardar el programa y sus variables
(flash y RAM). Funciona como una mini PC. Su función es la de automatizar
procesos y procesar información.
El microcontrolador se aplica en toda clase
de inventos y productos donde se requiere seguir un proceso automático dependiendo
de las condiciones de distintas entradas.
Registrador de Datos.
Los
registradores de datos están pensados para aplicaciones donde se desean recoger
gran cantidad de datos a lo largo del tiempo. Este tiempo varía dependiendo de
las características de la aplicación, así pues, pueden existir aplicaciones en
las que es necesario registrar un dato cada segundo y en otras cada hora
Convertidor.
Son aparatos que
reciben una señal de entrada neumática o electrónica procedente de un instrumento
y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar.
CIRCUITO ABIERTO O LAZO ABIERTO
Es aquel en donde
la acción de control es independiente de la salida.
El sistema de lazo abierto tiene dos rasgos sobresalientes
que son:
·
La habilidad que
estos tienen para ejecutar una acción con exactitud la cual está determinada
por su calibración. Calibrar significa reestablecer una relación entre la
entrada y salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.
·
Estos sistemas
no tienen el problema de la inestabilidad, que presentan los de lazo cerrado.
Este control implica una predicción de la señal de control necesaria para ajustar la variable de salida y en el valor deseado. Como la variable controlada no se realimenta, es decir, su valor es desconocido, las perturbaciones y los cambios en la planta pueden generar grandes desviaciones del valor de salida esperado (error).
Este tipo de control es más simple de implementar. Suele garantizar la estabilidad y ser relativamente económico en comparación con los sistemas de lazo cerrado, aunque el error de estado estacionario puede tomar valores inaceptables.
Un ejemplo práctico de este tipo de sistemas es una lavadora automática. La misma está compuesta por tres sistemas de control.
- Control de lavado (variable controlada: limpieza).
- Control de enjuague (variable controlada: porcentaje de residuo de jabón).
- Control de secado (variable controlada: contenido de humedad en las prendas).
Estos tres sistemas de control operan a lazo abierto según una base de tiempos preestablecida. Cualquier perturbación puede generar un gran error de estado estacionario:
- Ropa manchada con pintura no soluble.
- Caudal de agua insuficiente.
- Exceso de ropa.
CIRCUITO CERRADO O LAZO CERRADO
Los sistemas de lazo cerrado se llaman sistemas
de control por realimentación.
Los primeros sistemas industriales de lazo abierto o lazo cerrado usados fueron controladores neumáticos, durante los años 60 y 80, la mayoría de los controladores usaban amplificadores operacionales para proporcionar las funciones de control, en los años 80 y 90 se incorporaron los microprocesadores con los amplificadores operacionales para proporcionar un control digital. Dado que todos estos tipos de controladores se encuentran en uso actualmente, es necesario estudiarlos con sus componentes y funciones que desarrollan.
Los primeros sistemas industriales de lazo abierto o lazo cerrado usados fueron controladores neumáticos, durante los años 60 y 80, la mayoría de los controladores usaban amplificadores operacionales para proporcionar las funciones de control, en los años 80 y 90 se incorporaron los microprocesadores con los amplificadores operacionales para proporcionar un control digital. Dado que todos estos tipos de controladores se encuentran en uso actualmente, es necesario estudiarlos con sus componentes y funciones que desarrollan.
En estos sistemas se mide la variable controlada, y se la compara con un valor de referencia. El controlador realiza acciones de acuerdo al apartamiento resultado de la comparación. De esta manera se puede alcanzar el valor deseado de la señal de salida con gran exactitud.
Sobre la comparación del valor de referencia y el valor medio, el controlador efectúa una acción correctiva. Si la señal controlada y no es una magnitud eléctrica (Velocidad, presión, temperatura) suele utilizarse un sensor o transductor, el cual convierte tales magnitudes, en magnitudes eléctricas.
El controlador debe diseñarse de forma que la acción de control corrija cualquier desviación del valor deseado de la señal de salida.
La ventaja principal de estos sistemas es que puede asegurarse una cota para el Error de Estado Estacionario, independiente de las variaciones de la planta o de las perturbaciones que está pueda sufrir. Además pueden lograrse respuestas más rápidas que en los sistemas de lazo abierto, mediante un diseño apropiado del controlador.
Como desventaja pueden citarse la mayor complejidad del sistema, y la posible inestabilidad del mismo, si el controlador no se diseña apropiadamente. (Roquez, 2012)
- http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/djean/index_archivos/Documentos/Teoria_Control.pdf
- https://procesosbio.wikispaces.com/Control+de+procesos+industriales
- file:///C:/Users/USUARIO/Documents/imagenes%20luis/CPI_2012.pdf
- file:///C:/Users/USUARIO/Documents/imagenes%20luis/6214-21687-1-PB.pdf
- https://instrumentacionelectronicai.wordpress.com/tag/linealidad/
- https://procesosbio.wikispaces.com/Control+de+procesos+industriales
- https://hetpro-store.com/TUTORIALES/microcontrolador/
- http://www.sensores-de-medida.es/sensing_sl/EQUIPOS-DE-ADQUISICI%C3%93N-DE-DATOS_32/Registradores-de-datos---Dataloggers_229/
- http://www.monografias.com/trabajos106/clasificacion-instrumentos-industriales/clasificacion-instrumentos-industriales2.shtml
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