Sensores para Medición de Nivel de Líquidos Corrosivos

1. ¿Cuál es el sensor más apropiado para medir el nivel de líquidos corrosivos?

Respuesta: El sensor de nivel por radar es el más adecuado. Ofrece alta precisión y es ideal para líquidos corrosivos, ya que se pueden utilizar antenas y revestimientos resistentes a la corrosión.

Componentes de la Respuesta de un Sistema de Control

2. Las respuestas de un sistema de control constan de dos partes:

• Respuesta Transitoria: Es la respuesta del sistema en función del tiempo. El propósito de un sistema de control es proporcionar una respuesta deseada, por lo que la respuesta transitoria debe ajustarse hasta que sea satisfactoria.
• Respuesta en Estado Estacionario: Un sistema de control con retroalimentación es valioso porque permite al ingeniero ajustar la respuesta transitoria. Además, la sensibilidad del sistema y el efecto de las perturbaciones se pueden reducir significativamente.

Diferencias entre Teoría de Control Moderno y Convencional

4. Diferencias entre la teoría de control moderno y convencional:

• Teoría de Control Moderno:
  • Aplicable a sistemas de múltiples entradas y múltiples salidas.
  • Utiliza matrices.
  • Puede aplicarse a sistemas lineales o no lineales, invariantes en el tiempo o variantes en el tiempo.
• Teoría de Control Convencional:
  • Aplicable a sistemas de una entrada y una salida.
  • Se basa en matemáticas (Transformada de Laplace o Diagramas de Bloque) para representar sistemas de control.
  • Efectivo para sistemas simples y estables, sistemas invariantes en el tiempo.

Convertidor Analógico-Digital (ADC)

1. Función del convertidor analógico-digital y características principales:

Respuesta: Transforma señales analógicas en digitales para que puedan ser procesadas por un microcontrolador. Sus características principales son el número de bits y la frecuencia de muestreo. Desventaja: Se pierde información. Ventaja: Inmune al ruido.

Aliasing

2. ¿En qué consiste el aliasing?

Respuesta: Es un fenómeno que ocurre cuando se convierte una señal analógica a digital y no se utiliza la frecuencia de muestreo adecuada.

3. ¿Cómo se puede evitar el aliasing?

Respuesta: La frecuencia de muestreo debe ser mayor al doble del ancho de banda de la señal.

Ventajas del Control en Tiempo Discreto

4. Describa la ventaja del tiempo discreto en comparación con el control tradicional implementado con amplificadores operacionales:

Respuesta: En los sistemas de tiempo discreto, una o más variables pueden cambiar solo en valores discretos de tiempo. Se especifican los tiempos en los que se lleva a cabo alguna medición física o en los que se extraen datos de la memoria de una computadora digital.

En un sistema analógico, para modificar la derivada se debe colocar un capacitor, y para cambiar el factor que multiplica la derivada, se deben modificar el capacitor y la resistencia. Para sintonizar un controlador analógico, se deben soldar y volver a soldar componentes. Ventaja del tiempo discreto: Se puede modificar variando un número en el algoritmo. Desventaja: Se debe elegir adecuadamente la frecuencia de muestreo.

5. Describir en función del tiempo:

Función de Transferencia vs. Espacio de Estados

6. Describa semejanzas y diferencias entre la función de transferencia y el espacio de estados:

Semejanzas: Ambas representaciones parten de la modelación tipo «caja blanca», es decir, de ecuaciones diferenciales.

• Función de Transferencia:
  • Utiliza la Transformada de Laplace.
  • Utiliza representaciones en el dominio de la frecuencia.
  • Se aplica a sistemas lineales e invariantes en el tiempo.
  • Es una representación matemática que describe una entrada y una salida.
• Espacio de Estados:
  • Utiliza matrices.
  • Hace una representación matricial en el dominio del tiempo.
  • Permite múltiples entradas y múltiples salidas.
  • Utiliza el concepto de estado.

Pasos para Modelar Matemáticamente un Proceso

1. Pasos que usted emplearía para modelar matemáticamente un proceso basado en los textos recomendados:

1. Definir el sistema y sus componentes.
2. Analizar las relaciones entre las variables y obtener un modelo matemático (el acceso a datos determina si se puede utilizar una modelación tipo «caja gris» o «caja negra»; si no hay datos, se debe usar una modelación tipo «caja blanca»).
3. Presentar un modelo basado en ecuaciones diferenciales.
4. Resolver las ecuaciones diferenciales, despejando la variable de interés.
5. Plantear supuestos y condiciones iniciales.
6. Analizar las respuestas de las simulaciones. Si existe una discrepancia, volver a iterar y modificar los supuestos.

Ventajas y Desventajas de la Transformada de Laplace

2. Describa ventajas y desventajas de la representación con la Transformada de Laplace:

• La Transformada de Laplace solo se puede aplicar a modelos tipo «caja blanca», donde se conoce la ecuación diferencial que describe la dinámica.
• Solo se utiliza para sistemas lineales e invariantes en el tiempo.
• Se puede emplear para sistemas que tienen una entrada y una salida.
• Permite definir conceptos como la variable manipulada.

Diferencias entre Modelado de Caja Blanca, Caja Gris y Caja Negra

3. Diferencia entre caja blanca, caja gris y caja negra:

• Caja Gris: Pertenece a la familia de modelación. Se presenta una estructura matemática, como ecuaciones diferenciales, pero algunos parámetros son desconocidos. Ejemplo: procesos de separación gravitacional.
• Caja Negra: No emplea la fenomenología, pero requiere una gran cantidad de datos a la entrada y salida del modelo, utilizando datos para entrenamiento y otro conjunto de datos para la validación.
• Caja Blanca: Se basa completamente en las leyes y principios físicos que gobiernan el sistema. Se conocen todas las ecuaciones y parámetros.

Función de Transferencia: Polos y Ceros

4. Representación de la función de transferencia, saber qué es un polo y un cero:

Un polinomio q(s) del denominador, igualado a cero, se denomina ecuación característica, ya que las raíces de esta ecuación determinan el carácter de la respuesta temporal. Las raíces de esta ecuación característica también se denominan polos del sistema. Las raíces del polinomio p(s) del numerador se conocen como ceros del sistema. Los polos y ceros son frecuencias críticas. En los polos, la función Y(s) se hace infinita, mientras que en los ceros, la función se hace cero. Los puntos en el plano ‘s’ de frecuencia compleja de los polos y ceros muestran gráficamente el carácter de la respuesta transitoria natural.