Esquemas de Control

8/14/2019 Esquemas de Control

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INDICE

pp.

1.- Configuracin clsica de control retroalimentado... 1

2.- Esquemas de control en cascada. 2 -6

2.1.- Ejemplo de sistemas de control en cascada. 7-9

2.2.- Consideraciones principales para la implementacin de controlen cascada... 10

2.3.- Ejemplo de diseo de un sistema de control en cascada.. 11-13

3.-Esquemas de control de relacin.. 14-15

3.1.- Ejemplos tipicos de sistemas de control de relacin 15-20

4.- Esquemas de control en alimentacin adelantada... 21-25

5.- Esquemas de control por override

5.1.-Proteccin de un sistema recalentador.. 26

5.2.-Proteccin de un sistema compresor 27

5.3.- Proteccin de un sistema de distribucin de vapor. 28

6.- Esquema de control Duplex o control de rango partido (split range control) 29-30

0


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OTROS ESQUEMAS DE CONTROL.

1.- CONFIGURACIN CLSICA DE CONTROL RETROALIMENTADO

En ocasiones el esquema de control por retroalimentacin simple debe ser

modificado para enfrentar condiciones especiales de perturbacin en el sistema y las

caractersticas pobres en estabilidad y rapidez de respuesta que stas pueden reproducir.

Dichas modificaciones en la configuracin del esquema por retroalimentacin simple dan

lugar a otras estructuras de control cuyos principales ejemplos se expondrn a continuacin.

Antes sin embargo, recordamos el diagrama de bloque y los componentes delesquema por retroalimentacin simple (ver fig. 1)

+GC GV GP

H

-

R(s)

M(s)

Variablemanipulada

Seal deerror

E(s)

SalidaC(s)

ProcesoVlvula de

controlComparador Controlador

Referencia

Medidor -transductor

Fig. 1 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL ESQUEMA EN RETROALIMENTACIN SIMPLE

1


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2.- ESQUEMAS DE CONTROL EN CASCADA

Una primera extensin del esquema de retroalimentacin sencillo consiste en aadir

un nuevo lazo de retroalimentacin contenido dentro del lazo original que regule elcomportamiento de alguna variable intermedia en el proceso. El principal propsito de este

nuevo esquema es eliminar los efectos de perturbaciones menores haciendo la respuesta de

regulacin del sistema ms estable y ms rpida.

Consideremos por ejemplo el sistema mostrado en la fig. 2a

HORNO

CT Controlador de temperatura

Vlvula decontrol

Fluido fro TSTe

MTCT

MT Medidor de temperatura

Fig. 2a ESQUEMA DE CONTROL EN RETROALIMENTACIN

Constituido por el horno en el cual se quema gas, para calentar una cierta corriente y elevar

su temperatura desde Te hasta TS . Supongamos que disminuye de pronto la presin de

alimentacin del gas combustible. La cada de presin a travs de la vlvula ser menor demanera que disminuir el flujo de gas .

Con el controlador de temperatura por retroalimentacin simple, no se har ninguna

correccin hasta que despus de la disminucin de las llamas y la consecuente prdida de

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transferencia de calor en el horno , la temperatura final a la salida se vea finalmente

disminuida. De esta forma, toda la operacin del horno se ve alterada por la perturbacin.

Con el sistema de control en cascada (ver fig. 2b), el controlador de flujo sobre la

corriente de gas combustible detectar inmediatamente la disminucin de gas y abrir lavlvula de control para hacer que el flujo vuelva a su valor requerido. El horno no se ve

afectado entonces por la perturbacin

CTMT

TeTS

CT Controlador de temperaturaMT Medidor de temperatura

Controladorsecundario

CF Controlador de FlujoMF Medidor de flujo

CF

MF

Controladorprimario

Fig. 2b ESQUEMA DE CONTROL EN CASCADA

CP

G1

MT

MF

CS GV G+

PC

Tsr

CP Controlador rimarioCS Controlador secundario

Flu o de combustible MT Medidor de tem eratura

MF Medidor de flu oPC perturbacin en la lnea de combustible

FIG.3 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL EN CASCADA DE LA FIG 2b

El diagrama de bloques correspondiente a esta ltima situacin se muestra en la

figura 3. As, el control en cascada tiene dos controladores por retroalimentacin.

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El controlador de lazo principal, que regula la variable controlada en el proceso, es

llamado controlador primario o maestro, y su seal fija la referencia al otro controlador.

Este ltimo, llamado controlador secundario o esclavo, determina el ajuste de la variable

intermedia a travs del lazo interno, y acta directamente sobre la vlvula de control.En la figura 4 se muestra el diagrama de otro sistema en el que comunmente se usa

el esquema de control en cascada. Se trata de un reactor con camisa de enfriamiento en el

cual se quiere controlar la temperatura de reaccin .

MT CT

MT CT

F,T2

T2r

F,T1

MT: Medidor de temperaturaCT: Controlador de temperaturaF : Flujo global de alimentacin

y salida del reactor

T1: Temperatura de entrada de laAlimentacin

T2: Temperatura de reaccin ytemperatura de salida de los

productos

Fig. 4 REACTOR CON SISTEMA DE CONTROL EN CASCADA

El sistema de control de temperatura en el reactor est aislado de las perturbaciones

en la temperatura o la presin de suministro del agua de enfriamiento, debido al sistema en

cascada . El controlador secundario reajusta el flujo de agua a travs de la vlvula de

control. Este ajuste depende del valor de la temperatura en la camisa respecto del que

debera tener, (referencia fijada por el controlador primario ) para asegurar una correccinptima en la temperatura del reactor .

Se han designado con letras las funciones de transferencia correspondientes a cada

bloque, y las variables involucradas. Es fcil demostrar , usando lgebra de bloques (o

flujogramas) que las funciones de transferencia globales respecto de la perturbacin L2 son:

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,)s(HGGGG1

)s(GG

)s(L

)s(C

112V1C

21

2

1

+= (1)

para el sistema por retroalimentacin simple, y

,)s(HGGG)s(HGGGGG1

)s(GG)s(L)s(C

22V2C121V2C1C

21

2

1

++= (2)

Para el sistema de control en cascada.

El cambio en el denominador en las funciones de transferencia indica una variacin

en la configuracin (polos) del sistema global, que se traducir en cambios en la respuesta

transitoria (rapidez de respuesta y estabilidad).

Esta situacin se puede precisar analticamente conociendo las funciones de

transferencia involucradas en el caso particular , y aplicando las tcnicas de anlisis derespuesta transitoria, o directamente de transformada inversa de Laplace para encontrar la

respuesta del sistema C1(t).

El anlisis del comportamiento del sistema con el control en cascada indicar

siempre una mejora muy apreciable de la respuesta ante perturbaciones que, como L2, se

producen an en el lazo interno. La disminucin drstica de los sobre-impulsos y del

nmero de oscilaciones y el acortamiento del tiempo de establecimiento que observamos,

justificarn con creces el uso del sistema de control en cascada, y el mayor esfuerzo en

diseo, y el mayor costo en instrumentacin que esto significa .

Cuando se trata, en cambio, de atenuar los efectos de perturbaciones que se

producen fuera del lazo interno, tales como cambios en el flujo o en la temperatura de

corriente de alimentacin al reactor de nuestro ejemplo, la presencia del sistema en cascada

no constituye mejora apreciable respecto del comportamiento del sistema de

retroalimentacin simple, y casi nunca se justifica.

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Los diagramas de bloques correspondientes al reactor con un control por

retroalimentacin simple, y con un sistema de control en cascada se muestran en la Fig.5

Gc1 Gv G2

H1

G1E

-

+

+ +

+

ReactorCamisa

T2TCL1(s)L2(s)

+T2r C1(s)

L1: Perturbaciones en el flujo o la temperatura de la alimentacinL2: Perturbaciones en la presin o temperatura del agua de enfriamiento

Fig. 5a DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL EN RETROALIMENTACINSIMPLE DEL REACTOR

Gc1 Gc2 Gv G2

H2

H1

G1E

- -

+

+ +

+

ReactorCamisa

C1(s)

T2TC

L2(s)L2(s)

++T2r

Fig. 5b DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL EN CASCADA DEL REACTOR

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Ejemplo de sistema de control de cascada

Considrese el sistema de control de temperatura del cuarto mostrado en la figura 6.

Por simplicidad consideremos que solo se necesita calentamiento y que este es provisto porel vapor caliente de un sistema de aire circulante. En la figura 6 (a) , un termmetro

convencional mide la temperatura del cuarto y fija el flujo de vapor dentro de un rango

convencional de retroalimentacin.

Asumamos que el sistema est sujeto a perturbaciones severas, tales como

variaciones de la temperatura del aire entrante , de la velocidad de flujo y variaciones en la

presin de suministro de vapor

(a) Control de Retroalimentacin SimpleFig. 6 SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA DEL CUARTO

Una inspeccin reflexiva de la figura 6 conduce a la conclusin de que el tiempo de

retraso asociado con el control de temperatura en el cuarto es considerable. El largo tiempo

de retraso es asociado con el tiempo que le toma al cuarto cambiar de temperatura, ste

podra ser 15 o 20 minutos. Tambin hay un retraso en la accin correctiva asociado con el

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cambio de temperatura del vapor, calentando el serpentn. Intuitivamente se podra pensar

que ste es de 2 o 3 minutos. El tiempo de retraso asociado con la vlvula de vapor y el

termmetro es ignorado.

La figura 6(b) muestra un arreglo en cascada en el cual un lazo secundario decontrol de retroalimentacin de temperatura , mide y controla la temperatura del aire

entrante. Un lazo primario de control de temperatura mide y controla la temperatura del

cuarto manipulando el punto de referencia o valor deseado sobre el lazo de control

secundario para la temperatura del aire entrante.

(a) Sistema de control en cascadaFig.6(b) 5.2 SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA DEL CUARTO

Con el sistema de cascada mostrado en la figura 6(b), ahora sabemos como este

responder a las perturbaciones o variaciones en la temperatura del aire entrante o en lavelocidad de flujo de vapor. Claramente perturbaciones que afecten al serpentn sern

percibidas por el lazo secundario localizado y la accin correctiva puede ser tomada

inmediatamente para evitar el deterioro en la temperatura actual del cuarto.

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Ejemplo de Diferentes Configuraciones de Contol en Cascada para un Horno

Fig 6. ARREGLO DE CONTROL DE CASCADA ALTERNADO

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Consideraciones Principales para la Implementacin de Control en Cascada.

Una cuestin importante en la implementacin de control en cascada es cmo

encontrar la variable secundaria controlada ms ventajosa, es decir, determinar cmo elproceso puede ser mejor dividido.

La seleccin de la variable controlada secundaria es tan importante en un sistema de

control en cascada que es muy til formalizar algunas reglas que ayuden a la seleccin .

Regla 1.- Disear el lazo secundario de manera que contenga las perturbaciones

ms serias. Estas perturbaciones, las cuales entran en el lazo

secundario son las nicas para las cuales el sistema de cascada

mostrar mejora sobre el control de retroalimentacin convencional.

Regla 2.- Hacer el lazo secundario tan rpido como sea posible incluyendo

solamente los menores retrasos del sistema completo de control. Es

deseable, pero no esencial, que el lazo interno sea al menos tres veces

ms rpido que el lazo externo .

Regla 3.- Seleccionar una variable secundaria cuyos valores estn definidamente

y fcilmente relacionados a los valores de la variable primaria. Durante

una operacin no perturbada la relacin entre la variable primaria y la

variable secundaria debe estar representada por una sola lnea y si esta

es una lnea recta, la sintonizacin de los controles es mucho ms

simple.

Regla 4.- Incluir en el lazo secundario tantas perturbaciones como sea posible,

manteniendolo al mismo tiempo, relativamente rpido.

Regla 5.- Escoger una variable secundaria de control que permita al controlador

secundario operar a la ganancia ms alta posible (la ms baja banda

proporcional). Esto es difcil de predecir.

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Ejemplo de Diseo de un Sistema de Control en Cascada

El sistema cuyo diagrama se muestra trabaja con ganancia K1 y : 0.5

Considere sustituir el actual esquema de control por el siguiente:

El proceso debe funcionar de tal forma que = 0.5, y el error en estado estacionario

debe ser mnimo ( ante : 1/s ). Es conveniente usar el control en cascada para lograr

tambin el menor tiempo de establecimiento?. (Se dispone slo de controladores

proporcionales con ganancia no mayor de 25)

)s(U

Retroalimentacin simple:

1K4)1s5)(1s()s(Q +++=

)K41(s6s5)s(Q 12

+++=

5

)K41(s56s 12 +++=

K11s

2

+ 1s.5

2

+

)s(U)s( )s(CR ++

- +

K11s

2

+ 1s.5

2

+K2

)s()s(U

)s(CR ++ +- - +

11


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De aqu:

5

)K41(

5/6..2

12

n

n

+

=

=

S = 0.5 K1 1.5

)s(C.slim)s(sElime0s0s

ss

==

se tiene que :

1K4)1s5)(1s(

4

)s(U

)s(C

+++=

( )1K4)1s5)(1s(

s14

)s(C+++

=

entonces:

10sss K4)1s5)(1s(

4lime

+++=

= 57.00.61

4=

+

min7.6.

14t

ns =

=

Para el Control en Cascada

)1s5)(1s(

KK4

)1s(

K21

)1s5)(1s(

4

)s(U

)s(C

212

++

+

++

++=

212 KK4)1s5(K2)1s5)(1s(

4

)s(U

)s(C+++++

=

La ecuacin caracterstica es:

5 KK4K21s5 K106sQ 21222++

++

+=

12


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Criterio de estabilidad de Routh:

S2 5 (1 + 2K2 + 4K`1K2)

S1 (6 + 10K2) 0

S0 (1 + 2K2 + 4K1K2)

Entonces:

(6 + 10K2) > 0 y (1+ 2K2 + 4K1K2) >0

Esto se cumple siempre (ya que K2>0 y K`1>0)

Por lo tanto el sistema es siempre estable

Cmo escoger K1 y K2 para asegurar ess mnimo y adems = 0.5?.Segn la ecuacin caracterstica, se tiene:

nn2

n )5.0(25

K106.2 ==

+=

5

KK4K21 2122n

++=

( )5

KK4K21

25

K106 2122

2 ++=+

22

1 K55.5K2031

K ++=

se toma :

K1=25 y K2=3.82

Por qu?

As : 0102.0)82.3)(25(4)82.3(21

4)s(sElime

0sss =

++==

min91.0

5

)82.3)(25(42)82.3(15.0

44tn

s =++

=

=

Con esto queda demostrado que la respuesta ante es mucho mejor con el control en

cascada.

)s(U

K`1

25

0.08 3.82 K2

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3.- ESQUEMAS DE CONTROL DE RELACIN

El esquema de control de relacin se usa frecuentemente, sobre todo en la industria

de procesos qumicos; para regular la relacin entre los flujos de dos corrientesmanipulando una sola de ellas. Consiste en medir la rata de flujo de la corriente no

controlada y producir cambios en el flujo de la corriente manipulada (a travs de la vlvula

de control), para mantener una relacin constante entre los dos flujos.

El control de relacin se obtiene a travs de dos arreglos o configuraciones bsicas,

segn se muestra en la Fig. 7

Fig. 7 ESQUEMAS DE CONTROL DE RELACIN

En el esquema (a) se toman mediciones de los dos flujos, y se calcula su relacin

actual mediante un instrumento especial llamado rel de relacin o divisor. Esta seal se

alimenta a un controlador convencional que est calibrado respecto a la relacin de

referencia que se quiere mantener entre los dos flujos y que acta en consecuencia sobre la

corriente manipulada. Esta estructura de control de relacin es ventajosa cuando se requiereconocer constantemente la relacin actual entre los flujos de las corrientes en cuestin.

El esquema (b) consiste fundamentalmente de un sistema de control por

retroalimentacin simple sobre el flujo de la corriente manipulada, donde el valor de

referencia para este flujo no es constante sino que depende de la relacin de referencia y

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del valor del otro flujo. Para calcularlo, la seal proveniente del medidor de flujo de la

corriente no controlada es multiplicada por la relacin de referencia. La salida del

multiplicador es la referencia para el flujo de la corriente manipulada que asegura la

relacin requerida.

Ejemplos Tpicos de Controlador de Relacin

Considerando algunos ejemplos especficos, es posible obtener una mejor

comprensin del control de relacin.

Control de la relacin estequeomtrica en las cantidades de dos reactantes que se

alimentan a un reactor.(ver fig. 8)

Fig.8 CONTROL DE LA RELACIN ESTEQUEOMTRICA DE REACTANTES

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Control de la purga de un porcentaje fijo de la corriente de alimentacin a una unidad

de procesos

Fig. 9 CONTROL DE RELACIN PARA PURGAR, UN PORCENTAJE FIJO DE CIERTAALIMENTACIN DE CORRIENTE

MF

MF

CR

Purga

Alimentacin

Control de la relacin de reflujo en una columna de destilacin

Fig. 10 CONTROL DE LA RELACIN DE REFLUJO EN UNA COLUMNA DEDESTILACIN

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Control de regulacin de la cantidad y relacin Aire/Combustible a un reactor

Fig 11 (a). SISTEMA DE CONTROL DE RELACIN

Fig. 11(b) DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA DE CONTROL DE RELACIN

El subndice 1 se refiere a la corriente de aire en la figura 11 (a) , mientras que el

subndice 2 se refiere a la corriente de combustible. R es el rel de relacin , el cual es

ajustable. El elemento es actualmente un multiplicador.

GC1 G1+

GC2 G2G2+R

C1

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Ejemplo 1

Asumamos que queremos un mezclador es para mezclar dos corrientes. A y B en

una proporcin o relacin R :

A

BR =

Dos esquemas simples son mostrados en la figura 12. En la figura 12(a) el flujo

ajustado A es medido y entonces es multiplicado por R en orden de obtener el valor de B

requerido. De esta manera, como el flujo A vara, la referencia para el controlador de flujo

de la corriente B variar para mantener R. Si un nuevo valor de R es deseado este debe ser

fijado dentro de la estacin de relacin. Se muestran sensores diferenciales de presin

midiendo flujo ; su salida indica el cuadrado del flujo, y por lo tanto extractores de racescuadradas son mostrados para obtener el flujo. Usando el flujo y no su cuadrado, el lazo se

comportar ms lineal y entonces ser ms estable y fcil de sintonizar.

Fig. 12

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Ejemplo 2

Como un ejemplo especfico de control de relacin, considrese el control de

relacin aire /combustible para una caldera tal como se muestra en la figura 13(a). Se trata

de un control llamado control de posicionamiento paralelo, porque estamos manteniendorealmente una relacin entre los elementos finales de control. Una mejor solucin es

establecer un sistema de control de medicin completa, como se muestra en la figura

14(a), en el cual el flujo de combustible es fijado por el controlador de presin y la estacin

de relacin fija el flujo de aire para mantener la relacin flujo de aire/flujo de combustible .

Claramente los lazos de flujo corregirn ante perturbaciones en los flujos

Fig. 13 (a) CONTROL DE RELACIN AIRE/ COMBUSTIBLE EN UN RECALENTADOR DEVAPOR

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Fig. 13(b) DIAGRAMA DE BLOQUES PARA EL SISTEMA DE LA Fig. 12(a)

Fig. 14(a)(6.7) CONTROL DE MEDICIN COMPLETA

Fig. 14(b) DIAGRAMA DE BLOQUES

R Gvf

Gvr

PT

ProcesoPC-

VaporPPref

PT

Gvf

R FC2

PC

FT

FC

FT

Gva

Proceso

-

FA

Ps

Psr

-- FF

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4.- ESQUEMA DE CONTROL EN ALIMENTACIN ADELANTADA

La idea bsica de control en alimentacin adelantada consiste en detectar las

perturbaciones cuando se producen (cuando entran al proceso) y hacer ajustes en la variable

manipulada para evitar cambios en la variable controlada. No esperamos que la

perturbacin altere todo el proceso sino que tomamos una accin inmediata tendiente a

compensar (anular) los efectos que producir la perturbacin en la salida. En este sentido

este es un control por anticipacin .

Tomemos por ejemplo el tanque de almacenamiento de la fig. 15(a) donde se quiere

regular la altura del nivel de lquido h(t), manipulando el flujo de entrada x(t). Cualquier

perturbacin en la presin de la lnea de salida que produzca cambios en u(t) alterar el

sistema y finalmente sus efectos sern detectados por el controlador en retroalimentacin

simple cuando se produzcan cambios apreciables en h(t) y luego en el error e(t).

La correccin a travs de la variable manipulada x(t), tardar en hacer volver el sistema al

estado deseado.

Fig.15a TANQUE DE ALMACENAMIENTO CON CONTROLADOR EN RETROALIMENTACIN

SIMPLE

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El mismo tanque, con un esquema en alimentacin adelantada (ver fig. 15b)

casi no percibir los efectos de perturbaciones en u(t).

Fig.15b TANQUE DE ALMACENAMIENTO CON CONTROLADOR EN ALIMENTACINADELANTADA

Las perturbaciones sern detectadas por el medidor del flujo a la salida, y el

controlador en alimentacin adelantada producir en consecuencia cambios en x(t) para

evitar los efectos que producira la perturbacin, an antes de que stos se presenten en h(t).

En la fig.16 se muestran los diagramas de bloques correspondientes a los dos

esquemas de control que acabamos de explicar.

Fig. 16(a) DIAGRAMA DE BLOQUES DEL ESQUEMA DE CONTROL DE LA Fig. 15a

GC GV GP

HN

-

Hr(s) H(s)

U(s)

Medidor denivel

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Claro que, para hacer que el esquema de control en alimentacin adelantada cumpla

su funcin, el instrumento que se use como controlador debe tener una funcin de

transferencia Ga que lo asegure (ver Fig16(b)). Esto se logra si Ga es tal que se anula la

funcin de transferencia que relaciona la salida con la perturbacin. En nuestro ejemplo enparticular debe cumplirse:

0)s(GGHG1)s(U

)s(HpVaa == (3)

y luego:

)s(GGH

1)s(G

pvaa = (4)

Fig. 16b DIAGRAMA DE BLOQUES DEL ESQUEMA DE CONTROL DE LA Fig. 10b

Ahora nos es posible ver con claridad cual es la ventaja del esquema en

alimentacin adelantada . Si el sistema est perfectamente diseado, al menos en teora es

posible obtener el control perfecto ante U(s), (en nuestro ejemplo, que h(t) no vare en

absoluto: H(s)=0; cualesquiera que sean las perturbaciones en u(t), stas no producirn

error !).

Ntese adems que el esquema de alimentacin adelantada es de lazo abierto.

+ H(s)

Ga

GV GP

Ha

Medidor deflujo U(s)

-

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Para que sea posible y efectiva la implementacin de un esquema en alimentacin

adelantada se deben asegurar las siguientes condiciones:

a) La perturbacin debe ser medible en forma continua, es decir, debemos disponer del

instrumento de medida apropiado para la perturbacin de que se trate (obviamente esmuy distinto medir flujos o temperaturas, que medir composiciones qumicas, etc).

b) Debemos conocer cmo afectan al proceso tanto la perturbacin como la variable

manipulada. Es decir, debemos conocer las funciones de transferencia involucradas ,

para poder calcular la funcin de transferencia del controlador Ga que necesitamos.

c) Por ltimo, la funcin de transferencia Ga debe ser fsicamente realizable . En otras

palabras, debemos disponer de un instrumento controlador cuya funcin de

transferencia sea Ga , o al menos lo sea aproximadamente.Las dificultades que se presentan en el desarrollo de un sistema de control de

alimentacin adelantada , sobre todo por lo reseado en los ltimos dos puntos, llevan a que

en la prctica se usen casi siempre en combinacin con el control por retroalimentacin

simple. En efecto, las funciones de transferencia que se manejan en el diseo, no son

precisas, ya que provienen de modelos matemticos que no son ms que aproximaciones de

la realidad. Esto hace que la correccin del efecto de la perturbacin slo a travs de Ga no

sea completa, y persistir un error en el sistema, que no sera ulteriormente corregible sino

en presencia de un lazo de retroalimentacin .

Un ejemplo de este esquema combinado se muestra sobre el intercambiador de calor de

la fig. 17, con su correspondiente diagrama de bloques.

El controlador en alimentacin adelantada suministra una accin correctora rpida

ante perturbaciones en la temperatura de entrada del fluido fro T1; (an cuando su diseo

no sea perfecto es muy efectivo en evitar o reducir los sobreimpulsos que producira la

perturbacin). Y adems no ocasiona problemas de estabilidad porque no cambia laconfiguracin de polos del sistema. En nuestro ejemplo:

- Si no existiera el lazo en alimentacin adelantada, tendramos

,)s(GGHG1

)s(GG

)s(T

)s(T

pVc

P1

1

2

+= (5)

24


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y para el esquema combinado :

,)s(GGHG1

))s(GGH)s(G(G

)s(T

)s(T

pVc

Vaa1P

1

2

+

= (6)

Vemos pues que en efecto, los denominadores de ambas funciones son iguales.

El lazo de retroalimentacin sobre nuestro intercambiador proporciona una

correccin ms precisa (fina) y a ms largo plazo. Adems su presencia asegura regulacin

an ante otras perturbaciones que no sean en T1. Si existiese alguna otra perturbacin

importante habra que desarrollar otro lazo en alimentacin adelantada sobre ella para

eliminar sus efectos.

Fig 17 INTERCAMBIADOR DE CALOR CONTROLADO EN ALIMENTACIN ADELANTADA-RETROALIMENTACIN Y DIAGRAMA DE BLOQUES CORRESPONDIENTE

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5.- ESQUEMA DE CONTROL POR OVERRIDE

El control override es una tcnica mediante la cual las variables de proceso son

mantenidas dentro de ciertos limites, usualmente con propsitos de proteccin .Existen

otros esquemas de control ms extremos orientados a la parada de la planta para enfrentar

estados de disfuncin grave de los equipos. El control override no es tan drstico. El control

override mantiene el proceso en operacin pero dentro y bajo condiciones seguras.

Ejemplos :

1.- Proteccin de un sistema recalentador :

Usualmente la presin de vapor en un recalentador es controlada a travs del uso de

una lazo de control de presin sobre la lnea de descarga (Lazo 1 Fig. 18). Al mismo tiempo

el nivel del agua en el recalentador no debe caer por debajo del nivel lmite, lo cual esnecesario para mantener el espiral calentador inmerso en agua y por lo tanto prevenir que se

queme.

La figura 18 muestra el sistema de control override usando un Low Switch

Selector (LSS). De acuerdo a este sistema, cuando el nivel del liquido caiga por debajo del

nivel permisible el LSS cambia la accin de control desde el controlador de presin hacia el

controlador de nivel (y se cierra la vlvula sobre el lquido de descarga).

Fig. 18 CONTROL OVERRIDE EN UN SISTEMA RECALENTADOR DE VAPOR

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2.- Proteccin de un sistema compresor :

La descarga de un compresor es controlada con un sistema de control de flujo (Lazo

1 en la figura 19). Para prevenir que la presin de descarga exceda un cierto lmite superiormximo permitido, se introduce un control override atravs de un High Switch Selector

(HSS). ste transfiere la accin de control desde el controlador de flujo hacia el controlador

de presin (Lazo 2 en la figura 19) cuando la presin de descarga excede el limite superior.

Ntese que el control de flujo o el control de presin tienen en cascada un lazo interno para

controlar la velocidad del motor del compresor.

Fig. 19 CONTROL OVERRIDE PARA PROTEGER UN COMPRESOR

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3.-Proteccin de un sistema de distribucin de vapor:

En cualquier proceso qumico existen redes de distribucin de vapor, a varios

niveles de presin, hacia las diferentes unidades de proceso. La cantidad de vapor que sedeja descender a la linea de baja presin es controlada por la demanda de presin en esta

lnea. Para proteger de presiones excesivas la lnea de alta presin , se puede instalar un

sistema de control override con un HSS, el cual transfiere la accin de control del lazo 1 al

lazo 2 cuando la presin en la lnea d ite superior.

Fig. 20. CONTROL OVERRIDE PARA UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN DE VAPOR

e alta presin excede el lm

Linea de baja presin de vapor

HSS

PC

PC

PT

Linea de alta pre n de vapor

Lazo 2

Lazo 1

si

PT

28


30/32

6.- O CONTROL DE RANGOESQUEMA DE CONTROL DUPLEX

PARTIDO (SPLIT RANGE CONTROL)

En este esquema la seal de control acciona dos elememntos finales de control

alterna eal de error.

ease por ejemplo el sistem control de la figura 21.

Fig. 21 CONTROL SPLIT PARA LA TEMPERATURA DE LA CAMISA

sea la vlvula para el

calentamiento o la del enfriamiento, dependiendo del signo del error.

tivamente, dependiendo del rango en que se encuentre la s

V a de

Asumamos que el controlador TC es slo de accin proporcional. Su salida sealimenta a dos vlvulas. Si se trata de vlvulas neumticas (3 a 15 psi) su accin se

calibrar de manera que la vlvula de vapor pase de abierta a cerrada segn su entrada vara

de 3 a 9 psi; y la vlvula de agua ir de cerrada a abierta al variar su entrada de 9 a 15 psi.

El sistema se disea para que la salida del controlador produzca 9 psi cuando el error es

cero (ambas vlvulas cerradas). Al variar la temperatura se abrir ya

TT

TC

Espiral CalentadorVa or

A agua fri Espiral Enfriador

Condensado

29


31/32

Un sistema similar al anterior, pero en un esquema de control en cascada se

muestra en la figura 22. Igualmente se necesita tanto de calentamiento como de

enfriamiento del reactor. Para ello se separa el rango de presin para las vlvulas. stasoperan entre 3 - 9.2 psig y 8.8 15 psig. El solapamiento es empleado para evitar puntos

muertos.

Fig 22. CONTROL CASCADA CON SPLIT

aciones en los flujos de entrada (fro o caliente a la camisa). PorU1 = Perturb

ejemplo T,P

TRc151A

TT

TT151B

TRcCv

151A Camisa

TrR

U1

Tc

+

+Reactor

U2

Tr

--

30


32/32

UB2B = Cambios producidos por generacin de calor en las reacciones quimicas

Esquemas de Control

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