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• Jose Alberto Jorge Jiménez

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Características de los Procesos 1. Introducción Para controlar un proceso es necesario caracterizarlo, es decir determinar su comportamiento estático y dinámico, para ello se mide se mide la variable controlada (PV) en función de la variable manipulada (MV), en la Figura 1 se identifican estas variables. Para determinar el comportamiento estático se mide la variable controlada cuando alcanza el estado estable, en la Figura 2 se muestra la curva característica resultante para un proceso.

Figura 1. Proceso.

Figura 2. Curva característica de un proceso. Para determinar la característica dinámica se aplica un escalón a la entrada del proceso, como se muestra en la Figura 3, y se determina a partir de la curva de reacción de la variable controlada los parámetros del proceso como se ve en la Figura 4.

Figura 3. Curva de reacción.

Figura 4. Método de la tangente para un proceso de primer orden

Figura 5. Método del 63.2% para un proceso de primer orden

Figura 6. Método de la tangente para un proceso de orden superior 2

Figura 7. Método del 28.3% y 63.2% para un proceso de orden superior Calculo de la Ganancia del Proceso: Proceso Kp La ganancia del proceso se determina dividiendo la amplitud de la variación de la variable controlada sobre la amplitud del escalón en la variable manipulada, como se muestra en la Ecuación 1.

Calculo de τ y el tiempo muerto tD La constante de tiempo τ y el tiempo muerto tD del proceso se determinan a partir de los tiempos medidos desde el instante en que se produjo el escalón. Para determinar estas constantes, utilizaremos el método de la tangente y el método del 28,3 % y 63, 2%. • Método de la tangente Los valores tD y τ del proceso se determinan directamente del gráfico como se muestra en las figuras 4 y 6. • Método de 28,3 % y 63,2% Los valores tD y τ del proceso se determinan a partir del los tiempos que corresponde al 28,3 % y 63,2 % como se ve en las ecuaciones 2 y 3. (2) (3)

La función de transferencia del proceso está representada en la ecuación 4

∆PV (S) K = P e − tD s ∆OUT(S) 1 + τs Laplace Donde ‘s’ es la variable de Laplace.

(4)

2. Objetivos • • • •

Determinar la curva característica de un proceso. Obtener la curva de reacción de un proceso al aplicarle una entrada escalón. Determinar la ganancia, el tiempo muerto y la constante de tiempo de un proceso de primer orden y de orden superior. Obtener la función de transferencia de un proceso.

3. Procedimiento 3.1 Curva característica del proceso •

Determine la curva característica del proceso Generic Process, modificando la variable manipulada y midiendo la variable controlada en estado estable. Anote sus resultados en la Tabla 1 y dibuje la curva característica en la Figura 8. Tabla 1. Curva característica del proceso Generic Process. Salida del controlador (%)

Variable controlada (%)

4

Figura 8. Curva característica del proceso Generic Process.

3.2 Proceso de primer orden • Seleccione el proceso “FOLPDT2” (Proceso de primer orden) y anote PV y OUT • Cambie la salida del controlador OUT de 35 % a 55 % . Al estabilizarse PV detenga la carta con PAUSE. Use Zoom para ampliar el eje vertical. inicial:

PV = _______

OUT = _______

final:

PV = _______

OUT = _______

∆PV = _______

∆OUT = _______

KP = _______ Estime las constantes de tiempo utilizando el método de la tangente. tD

= _______

τ = ________

Estime la constante de tiempo y el tiempo muerto utilizando el método del 63,2 %.

•

PV ∆PV = 63,2 % = _______

t 63,2 % = _______

tD = _______

τ

= ________

En el menú Process/ Change Parameters anote: KP = _______

tD

= _______

τ = ________

¿Coinciden los valores con los anteriormente estimados? ¿Cuál de los métodos es el más exacto? • Con los parámetros hallados determine la función de transferencia más exacta: G(s) = • Cambie los parámetros a: KP = 1,0

tD = 2 min

τ = 3 min

Cambie la salida del controlador OUT de 35 % a 55 % y estime la constante de tiempo y el tiempo muerto utilizando el método del 63,2 %.

.

Inicial:

PV = _______

OUT = _______

final:

PV = _______

OUT = _______

∆PV = _______

∆OUT = _______

PV ∆PV = 63,2 % = _______

t 63,2 % = _______

tD = _______

τ

= ________

• Con los parámetros hallados determine la función de transferencia: G(s) = 3.3 Proceso de orden superior •

Determine los parámetros del proceso “GENERIC” (Proceso de orden superior) usando el escalón de 35 % a 55 % inicial:

PV = _______

OUT = _______

final:

PV = _______

OUT = _______

∆PV = _______

∆OUT = _______

Mida las constantes de tiempos utilizando 2 métodos KP = _______ tangente: tD = _______

τ = ________

PV ∆PV = 28,3 % = _______

t 28,3 % = _______

28,3% y 63,2 % :

6

•

PV ∆PV = 63,2 % = _______

t 63,2 % = _______

tD = _______

τ

= ________

Escriba la función de transferencia que representa el proceso utilizando el último método.

3.4 Proceso integrativo

Figura 9. Proceso integrativo.

•

Determine la características del proceso “LEVEL2” (Proceso naturalmente inestable: integrativo) pero variando OUT a 40 % y a 30 % inicial:

PV = _______

OUT = _______

final:

PV = _______

OUT = 40 %

final:

PV = _______

OUT = 30 %

En este proceso se manipula el flujo de entrada a un tanque, donde el consumo es constante. Disminuya el consumo con StepDecr y observe lo que sucede. ¿PV es ruidosa? ¿Qué es un proceso integrativo? _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

3.5 Flujo •

En el menú de View seleccione segundos. Determine las constantes para el proceso “FLOWLP2” con un escalón en OUT de 20 % a 45 %. Inicial:

PV = _______

OUT = _______

final:

PV = _______

OUT = _______

∆PV = _______

∆OUT = _______

KP = _______

τ

tD = _______

= ________

Observe que la variable PV es ruidosa. En el menú Control/ Measurement Options seleccione: Time Constant = 0,1 min

Noise Filter: Yes

Repita el procedimiento: Inicial:

PV = _______

OUT = _______

Final:

PV = _______

OUT = _______

∆PV = _______

∆OUT = _______

KP = _______

τ = _______

tD = _______

¿Ha variado el proceso? Explique:

Reajuste el filtro de ruido a 0,01 min. Comente.

•

Escriba la función de transferencia que representa el proceso.

3.6 Temperatura •

Trabaje con minutos. Determine las constantes para el proceso “TEMP2” con un escalón en OUT de 30 % a 50 %. inicial: PV = _______ OUT = _______ final:

KP = _______

PV = _______

OUT = _______

∆PV = _______

∆OUT = _______

tD = _______

τ

= ________

¿PV es muy ruidosa? El ruido observado es por el sensor de temperatura, puede ser despreciable. 8

•

Escriba la función de transferencia que representa el proceso.

3.7 Presión •

Trabaje con segundos. Determine las constantes para el proceso “PRESSUR2” con un escalón en OUT entre 20 % y 45 %. Este modelo simula un proceso de presión de gas. inicial:

PV = _______

OUT = _______

final:

PV = _______

OUT = _______

∆PV = _______

∆OUT = _______

KP = _______

tD = _______

τ

= ________

¿PV es ruidosa? •

Escriba la función de transferencia que representa el proceso.

3.8 Comparación Compare los parámetros de los procesos generic, flujo, temperatura y presión de gas: .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................... ...............................................................................................