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• Celene Lira

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de instrumentación y control. Respuesta de un controlador de 2 posiciones (On-Off) y con diferencial. Practica número 5. Carrera: Ingeniería Química Industrial Semestre: Octavo Grupo: 5IM82

Fecha de entrega: 30/04/2018

Mide las variables de un proceso, esta medicion es requerida para un proceso de control automatico.

Tiene como objetivo mantener una variable controlada dentro de ciertos rangos previamente establecidos.

¿Qué es?

aqui el elemento final de control solo puede tener sus dos posiciones extremas(totalmente cerrado o totalmente abierto) dependiendo de si la variable esta arriba o abajo del punto de ajuste.

Funcionamiento. Pasos de un sistema de control La señal de entrada al controlador queda modificada en consecuencia.

Comparacion de la señal de medida.

Transmision de la variacion de magnitud de control al modulo de comparacion.

Desviacion de magnitud del vapor prefijado

Deteccion del cambio de la magnitud bajo control

El controlador evalua la desviacion y da salida a una seal de correcion Esta seal llega al EFC y modifica las condiciones del proceso.

En la siguiente figura se puede observar la descripción grafica del funcionamiento de un controlador de dos posiciones u On-Off.

Tipos de control En el control manual puede hacer las correcciones en la válvula de vapor de varias formas: 1. Puede abrir o cerrar instantáneamente la válvula. 2. Puede abrir o cerrar la válvula lentamente, a una velocidad constante, mientras se mantengala desviación. 3. Puede abrir la válvula en mayor grado cuando la desviación es más rápida. 4. Puede abrir la válvula un número de vueltas constante, por cada unidad de desviación. Asimismo, el operador puede emplear otros métodos o combinaciones en la manipulación de la válvula. En los sistemas industriales se emplea, básicamente, uno o una combinación de los siguientes Sistemas de control: a. De dos posiciones (todo-nada). b. Flotante. c. Proporcional de tiempo variable. d. Proporcional. e. Proporcional + integral. f. Proporcional + derivada. e. Proporcional + integral + derivada. El control todo-nada se emplea, usualmente, con una banda diferencial o zona neutra, dentro de la cual el elemento final de control permanece en su última posición, para valores de la variable comprendidos dentro de la banda diferencial. Los ajustes de control se basan en variar el punto de consigna y la gama diferencial.

Características. Variación cíclica continúa de la variable controlada. El controlador no tiene la capacidad para producir un valor exacto en la variable controlada para un valor de referencia. Funcionamiento óptimo en procesos con tiempo de retardo mínimo y velocidad de relación lenta. Tiene un simple mecanismo de construcción, por eso este tipo de controladores es de amplio uso y mayormente son utilizados en sistemas de regulación de temperatura.

Figura 1. Grafico del comportamiento de un controlador tipo on-off El controlador podría ser también neumático, electrónico o digital con dos únicas señales de salida excitando una válvula neumática, dotada de un posicionador electroneumático o digitoneumático. Acción inversa y directa de un controlador. Acción inversa: En este modo, el controlador presenta un decremento en la señal de salida, cuando hay un incremento en la señal de entrada. Un ejemplo de aplicación se presenta en el control de la temperatura de un intercambiador de vapor.

Control de un intercambiador de calor En este caso, si la temperatura aumenta y sobrepasa el punto de referencia, el controlador debe cerrar la válvula de vapor. Debido a que la válvula es de aire para abrir (AO), se debe reducir la señal de salida del controlador ( presión de aire o corriente). Acción directa: En este caso, si hay un incremento en la señal de entrada al controlador se presenta un incremento en la señal de salida. Considérese el sistema de control de nivel de un tanque.

Control de nivel En este sistema, si el nivel del líquido rebasa el punto de referencia, el controlador debe abrir la válvula para que el nivel descienda nuevamente. Debido a que la válvula es de aire para abrir (AO), el controlador debe incrementar su señal de salida. Pasos de un sistema de control. El proceso generalmente consta de capacitores de medida, controlador y el elemento final de control. Estos elementos se interaccionan formando, por tanto, un circuito cerrado como se muestra en la figura n°1.

Figura 2. Descripción de un circuito cerrado con sus variables mínimas. Zona muerta o neutra. El rango en el que la señal de error puede variar antes que se produzca la conmutación, se denomina banda diferencial o zona muerta. En algunos casos, la zona muerta es el resultado de una fricción no intencional o movimiento perdido;

sin embargo, a veces se provoca en forma deliberada para impedir la acción excesivamente frecuente del actuador o elemento final de control.

Figura 3. Respuesta de un controlador de dos posiciones En la figura 3 se puede observar que la salida fluctúa continuamente entre los dos límites requeridos para producir la acción del actuador desde una posición fija a la otra.

Figura 4. Efecto de la disminución de la banda diferencial Por último, en la figura 4 se observa que la amplitud de la oscilación de salida puede reducirse disminuyendo la zona muerta o banda diferencial. Sin embargo, la reducción de la banda diferencial aumenta las oscilaciones, y por tanto reduce la vida útil de los componentes.

Datos experimentales. Tabla 1. Punto de Carga (%) ajuste (%) 100 50

Valor máximo. LICA (% E)

Valor mínimo Tiempo LICA (%E) (s)

promedio Punto de Carga (%) ajuste (%) 100 50

promedio Punto de Carga (%) ajuste (%) 50 50

promedio Punto de Carga (%) ajuste (%) 50 50

promedio

Tabla 2. Punto de Carga (%) ajuste (%) 100 70

promedio Punto de Carga (%) ajuste (%) 100 70

Punto

promedio de Carga (%)

52.3 52.1 52.1 52.3 52.2 Valor mínimo. LICA (% E)

49.6 49.6 49.6 49.5 49.6 Valor máximo LICA (%E)

9.67 7.55 7.27 8.32 08.2 Tiempo (s)

49.6 49.6 49.6

52.1 52.3 52.3

4.07 3.64 3.95

49.6 Valor máximo. LICA (% E)

52.2 03.09 Valor mínimo Tiempo LICA (%E) (s)

52.4 52.3 52.4 52.4 Valor mínimo. LICA (% E)

49.7 49.7 49.7 49.7 Valor máximo LICA (%E)

11.15 10.53 10.22 10.6 Tiempo (s)

49.7 49.7 49.7 49.7

52.3 52.6 52.4 52.4

03.22 02.95 03.93 03.4

Valor máximo. LICA (% E)

Valor mínimo Tiempo LICA (%E) (s)

71.6 71.7 71.5 71.6 Valor mínimo. LICA (% E)

68.9 68.8 68.7 68.8 Valor máximo LICA (%E)

04.92 5.15 5.10 5.05 Tiempo (s)

68.7 68.7 68.7

71.6 71.8 71.6

5.12 5.16 4.80

68.8 Valor máximo.

71.6 5.02 Valor mínimo Tiempo

ajuste (%) 70

50

promedio Punto de Carga (%) ajuste (%) 50 70

promedio

LICA (% E)

LICA (%E)

(s)

71.7 71.8 71.8 71.8 Valor mínimo. LICA (% E)

69 69 69 69 Valor máximo LICA (%E)

5.76 5.40 5.93 5.69 Tiempo (s)

69.1 69 69 69

71.9 71.6 71.9 71.8

4.6 4.45 4.79 4.61

Cálculos. Calculo del periodo 𝑃 = 𝑡1 + 𝑡2 CALCULO DE ZONA neutra. 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎 = 𝐸 𝑚𝑎𝑥 − 𝐸𝑚𝑖𝑛 Tabla 1. Para un punto de ajuste (%) 50 y Carga (%) 100 𝑃 = 8.2+ 3.09 = 11.29 Zona neutra= 52.2 − 49.6 = 2.6 Para un punto de ajuste (%) 50 y Carga (%) 50 𝑃 = 10.6+3.4 = 14 Zona neutra= 52.4 − 49.7 = 2.7 Tabla 2. Para un punto de ajuste (%) 70 y Carga (%) 100 𝑃 = 5.05+ 5.02 = 10.07 Zona neutra= 71.06 − 68.08 = 2.98 Para un punto de ajuste (%) 70 y Carga (%) 50 𝑃 = 5.69+4.61 = 10.30 Zona neutra= 71.8 − 69 = 2.8

Análisis gráfico. Después de realizar las gráficas con los respectivos datos experimentales, se puede comprobar que la oscilación que resulto es típica de estos tipos de controladores de dos posiciones. En todos los casos se presentó un fenómeno de pasar del valor máximo al mínimo con cualquier % de carga y punto de ajuste tardaba más tiempo en obtener la señal el controlador. También en los dos gráficos se observa que la amplitud de oscilación de salida es amplia, esto quiere decir que la señal de error puede variar antes de que se haga la conmutación. O sea, que existe una gran posibilidad de haya zona muerta. En la tabla numero 2 el punto de ajuste del 70% y una carga del 100% ósea con la válvula completamente abierta se presentó una mayor zona muerta de 2.98, pero un menor número de periodo con 10.07, esto quiere decir que una mayor zona muerta un menor periodo o ciclo donde el controlador corrige el error de la señal que sale de este. Conclusiones. En síntesis, un controlador de tipo dos posiciones nos permite controlar la variable de un proceso mediante un rango establecido corrigiendo el error que tenga esta misma, el elemento final de control en este caso una válvula de control se mantenía abierta o cerrada dependiendo si la variable estaba arriba o abajo del punto de ajuste. En este caso el controlador era de acción inversa esto quiere decir que cuando cerraba la válvula el nivel bajaba del tanque y cuando abría la válvula en nivel subía del taque. También el objetivo de saber cómo funciona un controlador de este tipo se logró, teniendo en cuenta los fenómenos de tiempo muerto y los periodos del controlador on-off.

Bibliografía. Laboratorio de instrumentación y control Rodolfo Díaz Murillo Editorial IPN Edición primera Año 1999

Instrumentación industrial Antonio Creus Sole Editorial alfa omega Marcombo 8 edición Año 2010

Acción de control. 22/04/18, de Sitio web: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/nunez_e_f/capitulo1.p df Acciones básicas de control. 22/4/18, de - Sitio web: http://www.galeon.com/machver/CONTROLPROC_I/1BASICASCONTROL.pdf http://www.geocities.ws/joeldupar/control2/pid