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Este documento ofrece una introducción a la regulación automática en procesos industriales, donde se explica cómo el control de procesos ha evolucionado desde la intuición y la experiencia del operario hasta el desarrollo de teorías y estudios analíticos. Se detalla la importancia de considerar los cambios en la variable controlada y el tiempo necesario para que la variable alcance un nuevo valor al ocurrir un cambio de carga. Además, se presentan los tipos de control manual y automático, incluyendo el control proporcional, integral y derivada, y su aplicación en sistemas industriales.
Tipo: Resúmenes
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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del poder popular para la educación Universitaria.
Instituto Universitario “Jesús Obrero” Barquisimeto – Edo. Lara
Nombre: Gabrielis De Los A. Apellido: Yépez Padilla CI: 25.894. Carrera: Mecánica Industrial Sección: A Barquisimeto, Enero 2021.
Regulación Automática (Resumen) En los inicios de la era industrial, el control de los procesos se llevó a cabo mediante tanteos basados en la intuición y en la experiencia acumulada por el operario. Esto llevo a que no siempre la pieza se retiraba en las mejores condiciones de fabricación. Más tarde, el mercado exigió mayor calidad en las piezas fabricadas lo que condujo al desarrollo de teorías para explicar el funcionamiento del proceso, de las que derivaron estudios analíticos que, a su vez, permitieron realizar el control de la mayor parte de las variables de interés en los procesos.
Características del proceso:
El proceso consiste en un sistema que ha sido desarrollado para llevar a cabo un objetivo determinado: tratamiento del material mediante una serie de operaciones específicas des nadas a llevar acabo su transformación. Una aplicación típica que se considera durante a lo largo del texto la constituye un intercambiador de calor.
Los procesos presentan dos características principales que deben considerarse al automatizarlos:
a) Los cambios en la variable controlada (temperatura) debido a alteraciones en las condiciones del proceso (cambios de carga).
En general, los cambios de carga del proceso son debidos a las siguientes causas:
Los cambios en la carga del proceso pueden producir perturbaciones en la alimentación y en la demanda.
b. Flotante.
c. Proporcional de tiempo variable.
d. Proporcional.
e. Proporcional + integral.
f. Proporcional + derivada.
e. Proporcional + integral + derivada.
En la regulación todo-nada , la válvula de control adopta únicamente dos posiciones, abierta o cerrada, para un valor único de la variable controlada. Este tipo de control se caracteriza por un ciclo continuo de variación de la variable controlada. Se emplea, usualmente, con una banda diferencial o zona neutral, dentro de la cual el elemento Final de control permanece en su última posición, para valores de la variable comprendidos dentro de la banda diferencial. Los ajustes de control se basan en variar el punto de consigna y la gama diferencial.
El control flotante , denominado realmente control flotante de velocidad constante, mueve el elemento final de control a una velocidad única independiente de la desviación. Por ejemplo, una regulación todo-nada puede convertirse en una regulación flotante si se utiliza una válvula motorizada reversible de baja velocidad (con un tiempo de recorrido de 1 minuto, o más, desde la posición abierta a la cerrada o viceversa). El control flotante de velocidad constante con una zona neutra se obtiene al acoplar a un control todo-nada con una zona neutra una válvula motorizada reversible de baja velocidad.
En el control proporcional de tiempo variable existen una relación predeterminada entre el valor de la variable controlada y la posición media en tiempo del elemento final de control de dos posiciones. Es decir, la relación del tiempo de conexión al de desconexión final es proporcional al valor de la variable controlada. La longitud de un ciclo completo (conexión + desconexión) es constante pero la relación entre los tiempos de conexión a desconexión, dentro de cada ciclo, varía al desviarse la variable controlada del punto de consigna.
Este tipo de control se emplea usualmente en controladores eléctricos. Un caso típico de aplicación lo constituye la regulación de temperatura de un horno eléctrico en que el elemento final es una resistencia o un conjunto de resistencias de calefacción.
En el sistema de posición proporcional existe una relación lineal continua entre el valor de la variable controlada y la posición del elemento final de control. Es decir, la válvula se mueve el mismo valor por cada unidad de desviación. O, en otras palabras, la posición de la válvula es una copia inversa de la variable controlada.
El grado de ajuste del controlador proporcional viene definido por: Ganancia, que es la relación entre la variación de la señal de salida del controlador a la válvula de control y la variación de la señal de entrada procedente del elemento primario o del transmisor. Banda Proporcional, que es el porcentaje del campo de medida de la variable que la válvula necesita para efectuar una carrera completa, es decir, pasar de completamente abierta a completamente cerrada. El control integral actúa cuando existe una desviación entre la variable y el punto de consigna, integrando dicha desviación en el tiempo y sumándola a la acción de la proporcional.
Se caracteriza por el llamado tiempo de acción integral en minutos por repetición (o su inversa repeticiones por minuto) que es el tiempo en que, ante una señal en escalón, la válvula repite el mismo movimiento correspondiente a la acción proporcional.
Una característica particular que presentan los controladores de acción proporcional + integral, en la puesta en marcha del proceso, es el rebasamiento del punto de consigna. Sea por ejemplo, el caso del control de temperatura de un horno.
En la regulación derivada existe una relación lineal continua entre la velocidad de variación de la variable controlada y la posición del elemento final de control. Es decir, el control derivativo actúa cuando existen cambios en la variable. Esta actuación es proporcional a la pendiente de la variable, es decir, a su derivada
La regulación automática de procesos busca controlar variables como presión, temperatura, niveles, velocidad, etc. en lo que llamamos plantas como podrían ser calderas, tanques, motores, etc.
Si nos fijamos en el sistema de control del nivel del tanque de un depósito. Tendríamos: El controlador o programador sería la tarjeta electrónica encargada de dirigir la señal de regulación. En lazo abierto estaríamos hablando de un programador o controlador y en lazo cerrado de un regulador.
El actuador sería el solenoide que mueve la válvula de control, y la planta estaría formada por el tanque, el detector de nivel y la electroválvula.
La perturbación sería el consumo de agua o las fugas de agua del depósito. También la lluvia podría ser una perturbación si estuviésemos hablando de un depósito abierto.
