CAPITULO 1
Instituto Universitario de Tecnologa
Agro Industrial Regin los Andes
Dpto de Electrnica Industrial
AUTOMATIZACIN DE PROCESOS
Ing Gerardo A. Villamizar
CAPITULO 1
INTRODUCCIN
En todos los procesos relacionados con la industria de derivados del petrleo, alimentos, cermicas, centrales generadoras de energa, pulpa y papel, siderurgia, automotriz, maquinas herramientas y otras, es necesario controlar y mantener constantes o dentro de ciertos limites, algunas variables como presin, caudal, nivel, temperatura, etc.
Los instrumentos de medicin permiten conocer el valor de las variables del proceso en situaciones en que el operador no podra competir, por otra parte, mediante un sistema de control, se pueden modificar las caractersticas dinmicas del proceso y as obtener un producto con las especificaciones. La unin del proceso mas el control conforman un sistema dinmico llamado control de procesos.
1.1 BREVE RECUENTO HISTORICO
El primer sistema de control automtico del que se tiene reportes mas o menos exactos es el llamado reloj de agua, construido por Ktesibos en Alejandra durante la primera mitad del tercer siglo A.C.
El primer trabajo significativo en control automtico fue el regulador de velocidad centrfugo para una maquina de vapor diseado por James Watt a mediados del siglo XIX
A mediados del siglo XX, la mayora de las plantas de proceso operaban en forma manual, en consecuencia era necesario utilizar gran cantidad de operarios para mantener las variables del proceso en los valores deseados
A partir del ao 1.950 y debido al desarrollo de procesos mas complejos, nace la teora clsica de control que trata de los sistemas de una entrada y una salida, y posteriormente la teora moderna de control para sistemas de mltiples entradas y salidas
1.2 PROPOSITO BASICO DE LA TEORIA DE CONTROL AUTOMATICO
Reducir costos de operacin (se reducen costos de mano de obra)
Mejorar la calidad de los productos
Disminuir los tiempos de operacin
Reduccin del tamao de los equipos del proceso
Mayor seguridad de operacin
Se minimiza el consumo de energa
1.3 TERMINOLOGIA BASICA
A continuacin se hace una breve descripcin de la terminologa empleada en el estudio de la teora de control automtico
Planta : Equipo o conjunto de equipos que permiten realizar una operacin determinada, por ejemplo : una planta de refinacin
Proceso : Esta constituido por una serie de operaciones coordinadas sistemticamente para producir un resultado final que puede ser un producto, por ejemplo: el proceso de refinacin llevado a cabo para la obtencin de la gasolina a partir del petrleo
Variables : Entidades que representan atributos del sistema y/o su entorno, pueden ser:
Variables de entrada o estmulos
Variables internas o de estado
Variables de salida o respuestas
Sistemas lineales : Un sistema es lineal si se aplica el principio de superposicin. Este principio establece que la respuesta producida por la aplicacin simultnea de dos funciones de entrada diferentes es la suma de las dos repuestas individuales.
Sistemas lineales invariantes en el tiempo : Son sistemas dinmicos que se describen mediante ecuaciones diferenciales lineales con coeficientes invariantes en el tiempo .
Sistemas lineales variantes en el tiempo : Son sistemas que se representan mediante ecuaciones diferenciales lineales cuyos coeficientes son funciones de tiempo.
Sistema de control de lazo abierto : Sistema de control en el que la salida no tiene efecto sobre el control, es decir, no se realimenta para compararla con la entrada.
Figura 1.1
Sistema de control de lazo abierto
Figura 1.2
Proceso con sistema de control de lazo abierto
Sistema de control de lazo cerrado : Es un sistema de control realimentado donde la variable objeto de control o variable controlada (Vc), se compara continuamente con la referencia o setpoint (Sp) y cualquier diferencia o error entre ambas (e) se aplica al controlador para reducir la desviacin de la variable controlada (Vm).Figura 1.3
Sistema de control de lazo cerrado
Figura 1.4
Proceso con sistema de control de lazo cerrado
Variable controlada (Vc) : Variable objeto de control cuyo comportamiento se desea mantener en una condicin especifica deseada
Variable manipulada (Vm) : Variable del proceso cuyo valor cambia continuamente para hacer que la variable controlada vuelva a su valor deseado de control
Valor de referencia o Set point (Sp) : Es una seal externa aplicada al sistema y utilizada para dar instrucciones al equipo a fin de que realice una accin especifica
Error (e) : es la suma algebraica ente el setpoint y la seal de realimentacin proveniente del transmisor
Perturbacin : Es una seal que afecta negativamente la salida o variable controlada del sistema.
Controlador : Mide el valor de la variable controlada del sistema y aplica al mismo la variable manipulada a fin de corregir la desviacin entre los valores medido y deseado. Las acciones de control mas usadas en los procesos industriales son:
Dos posiciones ( On Off)
Proporcional al error (P)
Proporcional a la integral en el tiempo del error (PI)
Proporcional a la derivada en el tiempo del error (PD)
Combinacin de los anteriores (PID)
Sensor o elemento primario: Estn en contacto con la variable a medir y o absorben energa del medio controlado para dar una indicacin en respuesta a la variacin de la variable controlada. El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presin, temperatura, voltaje, etc.
Transmisor : Recibe la seal del elemento sensor y la transmiten en forma de seal a un receptor, en este caso al controlador, pueden ser: neumticos, hidrulicos, elctricos
Neumticos : Generan una seal de presin de aire variable, generalmente de 3 a 15 PSI para el rango de 0 al 100 porciento de la variable de medicin, con una alimentacin que usualmente es de 20 PSI. Son de fcil mantenimiento, ausencia de riesgo de explosin o incendio, se necesitan de convertidores P/I para su conexin a instrumentos elctricos
Elctrico : Generan una seal por lo general de 4 a 20 mA de 1 a 5 V. Al ser corriente continua elimina la posibilidad de captar perturbaciones, se puede acoplar directamente a instrumentos elctricos
Elemento final de control : Recibe la seal del controlador y modifican de acuerdo a ella el agente de control, generalmente suelen ser una vlvula o un servomotor
Sistema de control de proceso : Es un sistema de control realimentado en el que la salida es una variable como temperatura, presin, flujo, nivel, ph, etc.
Servo sistema : Sistema de control realimentado en el que la salida es un elemento mecnico como velocidad o posicin
1.4 SIMBOLOGIA Y NORMATIVAS
Una de las mas importantes es la ISA (Instrument Society of Amrica), establece :
Cada instrumento se identifica con un sistema de letras que lo clasifica funcionalmente
Primera letraSegunda letraTercera letra (opcional)
Tipo de variable medidaInformacin adicionalInformacin adicional
TRC
Luego de la identificacin por letras puede venir una identificacin numrica referente al numero de lazo, por ejemplo :
TRC 2 : Controlador Registrador de Temperatura del lazo numero 2
FIT 350 : Transmisor indicador de flujo del lazo 350
PC 023 : Controlador de presin del lazo 23
Otros : El numero de letras funcionales debe ser mnimo, nunca mas de cuatro
Primera letraSegunda letraTercera letra (opcional)
Tipo de variable medidaInformacin adicionalInformacin adicional
TemperaturaRegistradorControlador
PresinControladorIndicador
FlujoIndicadorTransmisor
NivelTransmisor
1.4.1 Simbologa de conexiones
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Enlace mecnico o alimentacin de instrumentos
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Seal neumtica
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Seal elctrica
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Seal hidrulica
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Seal electromagntica
Setpoint
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