domingo, 26 de noviembre de 2017

INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL


SISTEMAS DE CONTROL DE
PROCESOS
La misión del sistema de control de proceso será 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.
El sistema de control nos permitirá una operación del proceso más fiable y sencilla, al encargarse de obtener unas condiciones de operación estables, y corregir toda desviación que se pudiera producir en ellas respecto a los valores de ajuste. 

Características del proceso
El control del proceso consistirá en la recepción de unas entradas, variables del proceso, su procesamiento y comparación con unos valores predeterminados por el usuario, y posterior corrección en caso de que se haya producido alguna desviación respecto al valor preestablecido de algún parámetro de proceso. El bucle de control típico estará formado por los siguientes elementos, a los que habrá que añadir el propio proceso.                                                
BUCLE DE CONTROL
  1. Elementos de medida (Sensores): Generan una señal indicativa de las condiciones de proceso.
  2. Elementos de control lógico (Controladores): Leen la señal de medida, comparan la variable medida con la deseada (punto de consigna) para determinar el error, y estabilizan el sistema realizando el ajuste necesario para reducir o eliminar el error.
  3. Elementos de actuación (Válvulas y otros elementos finales de control): Reciben la señal del controlador y actúan sobre el elemento final de control, de acuerdo a la señal recibida.

Esta serie de operaciones de medida, comparación, calculo y corrección, constituyen una cadena cerrada constituyen ciclo cerrado. El conjunto de elementos que hacen posible este control reciben el nombre de bucle de control (control loop).

VARIABLE

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. Para nuestros fines es importante clasificar los diferentes tipos de variables que intervienen en un proceso:
Variables manipuladas, variables controladas, variables no controladas y perturbaciones, como se observa en la figura 1.2, en la cual se utiliza como ejemplo una columna de destilación.


Variable Manipulada
Variables que nosotros podemos cambiar o mover para garantizar que la variable controlada presente el valor deseado. La variable manipulada es la cantidad o condición que es variada por el controlador de tal manera que afecte el valor de la variable controlada.

Variables controladas
Variables que queremos controlar, bien sea tratando de mantenerlas constantes (Control Regulatorio) o tratando de seguir alguna trayectoria deseada (Servocontrol), ejemplos de estas pueden ser, flujos, composiciones, temperaturas, presión, nivel, etc.
Variables no controladas
Son aquellas variables sobre las cuales no se ejerce control, en algunos casos estas variables no afectan o no ejercen ningún efecto sobre el proceso.
Perturbación
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.


Perturbaciones del Proceso
Las perturbaciones del proceso, son aquellas que afectan el control del proceso. Dan siempre fluctuaciones en la señal de salida del proceso, no importando si el sistema está realimentado o no. Normalmente es una tarea primordial del sistema de control el que los disturbios tengan tan poco efecto negativo como sea posible en la señal de salida. Con respecto a su punto de influencia, pueden entrar en ciertas partes del proceso, tal como se muestra en la siguiente figura:
El carácter o tipo de disturbio puede ser muy diferente en cada caso, la figura muestra algunos ejemplos de disturbios comunes. Cuando se hace el análisis de las características del sistema es obvio que hay que tomar en cuenta el carácter y la dimensión de estos disturbios.

Cuando los disturbios son principalmente de baja frecuencia casos a) y b) de la figura siguiente puede ser suficiente con estudiar la influencia de regulado teniendo cambios en la forma de escalón en los disturbios. Si un regulador puede compensar un disturbio en forma de escalón, debe también poder compensar la mayoría de los disturbios de baja frecuencia y lentos. Cuando los disturbios son de alta frecuencia casos c) y d) de la figura siguiente, se debe analizar cómo el sistema puede estas frecuencias de los disturbios.
Diferente carácter de disturbios: 

REPETIBILIDAD

Es la precisión de resultados de medición expresada como la concordancia entre determinaciones o mediciones independientes realizada bajo las mismas condiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, método, etc.).
EXACTITUD
Se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor medido. En términos estadísticos, la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación. Cuanto menor es el sesgo más exacto es una estimación. Cuando se expresa la exactitud de un resultado, se expresa mediante el error absoluto que es la diferencia entre el valor experimental y el valor verdadero.


La exactitud indica la proximidad de los resultados de la medición con respecto al valor verdadero, mientras que la precisión indica la repetibilidad o reproductibilidad de la medida.

PRECISION

  • Grado de concordancia de un grupo de resultados entre sí, dispersión de estos resultados alrededor de su media.
  • El VIM, (Vocabulario Internacional de Metrología), define el concepto precisión como la       proximidad existente entre las indicaciones o los valores medidos obtenidos en mediciones repetidas de un mismo objeto, o de objetos similares, bajo condiciones específicas.




    • Podemos encontrarnos con sistemas de medición que se vean afectados sólo por alguno de estos tipos de errores, y otros que sufran de falta de exactitud y de precisión:



    La precisión se puede medir en:
    condiciones repetitivas (mismo analista, mismo día, mismo instrumento)
    condiciones reproducibles (diferente analista, diferente día, diferente instrumento.
    LINEALIDAD

    • La linealidad es la capacidad de un método o ensayo para ofrecer resultados directamente proporcionales a la concentración de un analito en la muestra.
    • La determinación de este parámetro identifica el alcance 
    • del ensayo, es decir, da una medida de la concentración más alta y más baja que puede ser determinada con aceptable precisión y exactitud.





    Para su determinación se prepara una serie de mínimo cinco diluciones de un estándar comprendiendo los ámbitos estimados de trabajo con un exceso de al menos 50% sobre el límite superior y un defecto de 50% debajo del límite inferior. Estas soluciones se inyectan, al menos por duplicado, y se determina la curva de regresión Y = bX+a  sobre los puntos individuales sin promedios por el método de los cuadrados mínimos y se grafica para su documentación.

    INCERTIDUMBRE

    Se puede distinguir entre los siguientes conceptos: 

    CONTROLADOR


     El término controlador en un sistema de control con retroalimentación, a menudo está asociado con los elementos de la trayectoria directa entre la señal actuante (error) e y la variable de control u. Pero, algunas veces, incluye el punto de suma, los elementos de retroalimentación o ambos. 






    ACTUADOR




     Los actuadores son elementos importantes en la industria ya que su objetivo es generar el movimiento de los elementos de estos según las órdenes dadas por una unidad de control.

    LOS ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

    Se encarga de manipular alguna característica del proceso según lo ordenado por el controlador. Son mecanismos que modifican el valor de una variable que ha sido manipulada como respuesta a una señal de salida desde un dispositivo de control automático



    Los elementos finales de control pueden ser una válvula de control, variadores de frecuencia y motores eléctricos, una servoválvula, un relé, elementos calefactores de carácter eléctrico o un amortiguador.




    SENSOR







    TRANSMISOR



    TRANSDUCTOR

    Son dispositivos capaces de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida, pero de valores muy pequeños en términos relativos con respecto a un generador. La base es sencilla, se puede obtener la misma información de cualquier secuencia similar de oscilaciones, a sean ondas sonoras (aire vibrando), vibraciones mecánicas de un sólido, corrientes y voltajes alternos en circuitos eléctricos, también vibraciones de ondas electromagnéticas radiadas en el espacio en forma de ondas de radio, grabadas en un disco o ya sea en una cinta magnética.



    Los dos tipos de transductores dependiendo de la forma de la señal convertida son:
    • Transductores analógicos
    • Transductores digitales

    ACONDICIONADOR



    REGISTRADORES
    Los registradores de procesos desempeñan un papel tanto más importante como más complejo son los procesos en la tecnología de proceso, investigación y desarrollo.
    Los registradores de procesos se utilizan en muchos sectores. La gama incluye todas las industrias y todos los sectores, incluida la protección del medio ambiente. Los campos de aplicación van desde la vigilancia continua de magnitudes de proceso hasta el mantenimiento de la instalación, pasando por la optimización del proceso o la búsqueda de errores. La amplia paleta de productos cumple todas las tareas. (Siemens, 2014)



    CONVERTIDORES
    El convertidor es un horno giratorio en forma de retorta, de cuello ancho. En él se lleva a cabo el procedimiento.




    Circuito abierto o lazo abierto

    Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador.
    Ejemplo: Un tanque con una manguera de jardín. Mientras que la llave siga abierta, el agua fluirá. La altura del agua en el tanque no puede hacer que la llave se cierre y por tanto no nos sirve para un proceso que necesite de un control de contenido o concentración.
    Estos sistemas se caracterizan por:
    ·         Ser sencillos y de fácil concepto.
    ·         Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.
    ·         La salida no se compara con la entrada.
    ·         Ser afectado por las perturbaciones. Estas pueden ser tangibles o intangibles.

    ·         La precisión depende de la previa calibración del sistema.


    Circuito cerrado o lazo cerrado
    Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia.
    El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:




    Un ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado sería el termoarranque de agua que utilizamos para bañarnos. ( Wikipedia , 2017)







    Bibliografía 




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