Control Avanzado

Cuando la variación considerada tiene un efecto significativo sobre la respuesta, se busca minimizar su impacto.

Control Realimentado

Para mantener la variable controlada en el punto de operación (PO), se emplea un lazo realimentado que compensa las variaciones y la falta de precisión. Al ser un sistema de tipo 0, se incluye una acción integral (I) en el controlador (PI/PID) para eliminar el error en estado estacionario (e_p) y lograr la velocidad de respuesta adecuada con una oscilación razonable.

Justificación del Control en Cascada

1) Existencia de una variable medible (a costo razonable) que refleje la variación.
2) Relación causal entre la variación y la variable manipulada.
3) Constante de tiempo del proceso (τ_p) mayor que la constante de tiempo de la válvula (τ_v).

Bucle Secundario

Objetivo: controlar la variable secundaria. Se introduce un controlador PI para eliminar el e_p. El cero del controlador compensa el polo de la planta.

Bucle Primario

Dado que el bucle secundario elimina el e_p de la variable controlada, su ganancia es unitaria. Al tener una dinámica más rápida que la planta, su función de transferencia (FT-BC) se aproxima a su ganancia más el retardo introducido.

Control Anticipativo

Cuando las variaciones afectan directamente a la variable controlada (salida). Se utiliza la medida de la perturbación para actuar antes de que se propague a la salida.

Justificación del Control Anticipativo

1) Posibilidad de medir la variable que refleja la perturbación.
2) Inexistencia de relación causal entre la variación y la variable manipulada.
3) Conocimiento del efecto de la variación sobre la variable controlada.
4) Constante de tiempo del bucle (τ_B) mayor que la constante de tiempo de la planta (τ_PLANTA).

Control de Relación-Ratio

Garantiza una proporción determinada entre sustancias. Se controla la relación R=B/A.

1) Medición de ambos caudales. Cálculo de la relación real R_r con un divisor FY. La salida del divisor ajusta el caudal manipulable mediante un controlador de relación (FC/RC) con SP igual a la relación deseada R.
2) Medición del caudal de referencia. El SP del control del caudal B se obtiene multiplicando el caudal de referencia por la relación deseada R, manteniendo la ganancia constante.

Control Selectivo

1) Control de varias variables de proceso con una sola variable manipulada.
2) Protección del equipamiento mediante la limitación de valores de las variables de proceso. La señal de control es la condición más restrictiva.
3) Conexión de las salidas de los controladores a un selector de mínima.

Control de Gama Partida

Control de una variable con dos o más variables manipuladas.

Control de Procesos con Grandes Retardos – Predictor de Smith

Cuando el tiempo muerto (t_m) es excesivo para la sintonización del controlador (t_m>>τ). Objetivo: extraer t_m del bucle de control, prediciendo la salida y(t+t_m) para la realimentación.

• Basado en la predicción del valor de la salida t_m unidades de tiempo después.
• Utiliza el modelo sin retardo de tiempo Gm(s).
• La función de transferencia es la misma si G(s)=Gm(s).
• No hay realimentación de la salida, sino del modelo.
• Sistema de control en bucle abierto (BA), incapaz de rechazar variaciones.
• Para compensar variaciones, se realimenta el error de predicción.
• GC(s) se sintoniza como si el sistema no tuviera tiempo muerto.

Medidores de Temperatura

Bimetálicos, termómetros, pirómetros…

Termopares

Fabricados con dos conductores de diferentes aleaciones metálicas. Un extremo (unión caliente) se pone en contacto con el objeto a medir. El otro extremo (unión fría o de referencia) se conecta a un sistema de medición. Existe una relación proporcional entre el voltaje y la temperatura.

Determinación puntual de la temperatura. No necesita alimentación. Rápido y exacto.

Medidores de Presión

Fuelle, diafragma…

Tubo de Bourdon

Tubo metálico de sección elíptica, doblado en forma de herradura, sellado en un extremo y conectado a la presión a medir en el otro. La presión causa un desequilibrio de fuerzas que desenrolla el tubo. Al retirar la presión, el tubo vuelve a su forma original.

Simples y de bajo coste. Altos rangos. Soportan altas temperaturas. Buena exactitud en rangos bajos.

Medidores de Flujo

Másicos, velocidad…

Presión Diferencial – Placa Orificio

Disco plano con agujero mecanizado insertado en la tubería. Produce una caída de presión proporcional al flujo. La caída se mide con dos tomas de presión, una aguas arriba y otra aguas abajo.

Pérdidas de carga elevadas. Apto para líquidos, gases y vapor. Bajo coste. El más utilizado.

Medidores de Nivel

Presión diferencial, burbujeo, radioactivo, capacitivo…

Transmisor de Nivel – Flotador

Flotador introducido en el líquido. Indica el nivel directamente mediante un cable y poleas, o indirectamente con acoplamiento magnético o hidráulico.

Independiente del peso específico. Partes móviles expuestas. Precisión del 0.5%.

Transmisores

Convierten la salida del sensor en una señal robusta para transmisión al controlador. El 0% no corresponde a 0psi/mA para identificar fallas y facilitar la calibración (cero vivo).

1) Neumáticos: 3-15psi.
2) Eléctricos: 4-20mA (mejores características dinámicas, tiempos de respuesta, menor coste de línea e instrumentación).

Válvulas de Control

Actuadores Neumáticos

Diafragma con resorte que trabaja con 3-15psi. Al aplicar presión, el resorte se comprime y el mecanismo se mueve hasta alcanzar un equilibrio entre la fuerza de la presión del aire y la fuerza del resorte.