Este documento presenta una introducción a los conceptos básicos del control automático de procesos. Explica que el control automático busca mantener un valor deseado dentro de ciertos parámetros mediante la medición continua y comparación con el valor objetivo para reducir cualquier diferencia. Define términos como variable controlada, señal de control, planta y proceso. Finalmente describe la función de un controlador automático al comparar continuamente el valor medido con el deseado y accionar los mecanismos para mantener el valor dentro del rango objetivo.
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Este documento presenta una introducción a los conceptos básicos del control automático de procesos. Explica que el control automático busca mantener un valor deseado dentro de ciertos parámetros mediante la medición continua y comparación con el valor objetivo para reducir cualquier diferencia. Define términos como variable controlada, señal de control, planta y proceso. Finalmente describe la función de un controlador automático al comparar continuamente el valor medido con el deseado y accionar los mecanismos para mantener el valor dentro del rango objetivo.
Este documento presenta una introducción a los conceptos básicos del control automático de procesos. Explica que el control automático busca mantener un valor deseado dentro de ciertos parámetros mediante la medición continua y comparación con el valor objetivo para reducir cualquier diferencia. Define términos como variable controlada, señal de control, planta y proceso. Finalmente describe la función de un controlador automático al comparar continuamente el valor medido con el deseado y accionar los mecanismos para mantener el valor dentro del rango objetivo.
Este documento presenta una introducción a los conceptos básicos del control automático de procesos. Explica que el control automático busca mantener un valor deseado dentro de ciertos parámetros mediante la medición continua y comparación con el valor objetivo para reducir cualquier diferencia. Define términos como variable controlada, señal de control, planta y proceso. Finalmente describe la función de un controlador automático al comparar continuamente el valor medido con el deseado y accionar los mecanismos para mantener el valor dentro del rango objetivo.
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UNIVERSIDAD ESTATAL DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA
406 CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS
TEMA: INTRODUCCION Y GENERALIDADES DEL CONTROL AUTOMATICO EN PROCESOS DE INGENIERIA
INTEGRANTES:
KEVIN CORDONES JANINA MUOZ JULIANA SUAREZ ATILIO ESCOBAR JEFFERSON PACHECO GUSTAVO PAZMIO CURSO: CUARTO (A)
DOCENTE: ING. QCO. DAVID MUOZ
FECHA: 22 DE MAYO DEL 2014
PARCIAL: PRIMERO
Contenido
1. Introduccion 1 2. Objetivo 2 3. Controles automticos 2 a. Concepto 2 b. Terminos Basicos 3 c. Funcion del Control Automatico 4 4. Clasificacion de los Sistemas de Control 6 5. Caracteristicas de la Realimentacion 8 6. El actuador final 8 7. Conclusiones y Recomendaciones 9 8. Bibliografia 10
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 1 1. Introduccin
El control automtico de procesos es una parte del proceso industrial desarrollado durante lo que ahora se conoce como la segunda revolucin industrial. Algunas de ellas son de medicin bastante frecuente, como, cuando conducimos un automvil y otras ms espaciadas, como cuando verificamos nuestro estado financiero, mensual o anual. En las citas anteriores hemos supuesto que todo lo descrito se hace mediante el accionar de un ser humano, en tal caso el control es manual o humano. Si todas las tareas son efectuadas sin intervencin de un eslabn humano, el control es automtico. Una de las ventajas del Control Automtico es que reduce fundamentalmente el costo de los Procesos industriales, en cambio el costo aumentara en su compra. El empleo de una realimentacin o medicin para accionar un mecanismo de control, es muy simple. Se usa el mismo meca- nismo del control automtico en diversos campos, como con- trol de procesos qumicos y del petrleo, control de hornos en la fabricacin del acero, control de mquinas herramien- tas, y en el control y trayectoria de un proyectil. Pero si vemos del punto de vista econmico abra muchas ganancias intangibles, como por ejemplo la eliminacin de mano de obra, la cual provoca una demanda equivalente de trabajo especializado. La eliminacin de errores es otra contribucin positiva del uso del control automtico. A medida que ha pasado el tiempo hemos dejado atrs el me- canismo antiguo ahora existe el uso de las computadoras analgicas y digitales ha posibilitado la aplicacin de ideas de control automtico a sistemas fsicos en la Indus- tria que el mtodo antiguo era difcil controlar. Para la comprensin es necesario entender del principio del control automtico en la ingeniera moderna, como por ejemplo los principios de la termodinmica o de la electri- cidad siendo por tanto, una parte de primordial importancia dentro de la esfera del conocimiento de ingeniera. Por lo tanto Tambin son tema de estudio los aparatos para control automtico, los cuales emplean el principio de re- alimentacin para mejorar su funcionamiento.
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 2 2. Objetivo
Conocer en un sistema de control, lazo abierto o cerrado las entradas , salidas y perturbacin Enumerar las ventaja y desventajas de los controles au- tomticos Clasificar los sistemas de control
3. Controles automticos
a) Concepto
El control automtico es el mantenimiento de un valor deseado dentro de una cantidad o condicin, midiendo el va- lor existente, comparndolo con el valor deseado, y utili- zando la diferencia para proceder a reducirla. En conse- cuencia, el control automtico exige un lazo cerrado de ac- cin y reaccin que funcione sin intervencin humana.
El elemento ms importante de cualquier sistema de control automtico es lazo de control realimentado bsico. El con- cepto de la realimentacin no es nuevo, el primer lazo de Realimentacin fue usado en 1774 por James Watt para el control de la velocidad de cualquier mquina de vapor.
A pesar de conocerse el concepto del funcionamiento, los lazos se desarrollaron lentamente hasta que los primeros sistemas de transmisin neumtica comenzaron a volverse co- munes en los aos 40s, los aos pasados han visto un exten- so estudio y desarrollo en la teora y aplicacin de los lazos realimentados de control.
En la actualidad los lazos de control son un elemento esen- cial para la manufactura econmica y prospera de virtual- mente cualquier producto, desde el acero hasta los produc- tos alimenticios.
A pesar de todo, este lazo de control que es tan importante para la industria est basado en algunos principios fcil- mente entendibles y fciles. Este artculo trata ste lazo de control, sus elementos bsicos, y los principios bsicos de su aplicacin
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 3 b) Trminos Bsicos
Antes de analizar los sistemas de control, deben definirse ciertos trminos bsicos.
Variable controlada y seal de control o variable manipula- da.
La variable controlada es la cantidad o condicin que se mide y controla.
La seal de control o variable manipulada es la cantidad o condicin que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada. Normalmente, la variable contro- lada es la salida del sistema.
Controlar significa medir el valor de la variable controla- da del sistema y aplicar la variable manipulada al sistema para corregir o limitar la desviacin del valor medido res- pecto del valor deseado. En el estudio de la ingeniera de control, es necesario definir trminos adicionales que se precisan para describir los sistemas de control.
Plantas. Una planta puede ser una parte de un equipo, tal vez un conjunto de los elementos de una mquina que funcio- nan juntos, y cuyo objetivo es efectuar una operacin par- ticular. Se llamar planta a cualquier objeto fsico que se va a controlar (como un dispositivo mecnico, un horno de calefaccin, un reactor qumico o una nave espacial).
Procesos. Se define un proceso como una operacin o un desarrollo natural progresivamente continuo, marcado por una serie de cambios graduales que se suceden unos a otros de una forma relativamente fija y que conducen a un resul- tado o propsito determinados; o una operacin artificial o voluntaria que se hace de forma progresiva y que consta de una serie de acciones o movimientos controlados, sistemti- camente dirigidos hacia un resultado o propsito determina- do.
Algunos ejemplos son los procesos qumicos, econmicos y biolgicos.
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 4 Sistemas. Un sistema es una combinacin de componentes que actan juntos y realizan un Objetivo determinado. Un sistema no est necesariamente li- mitado a los sistemas fsicos. El concepto de sistema se puede aplicar a fenmenos abstractos y dinmicos, como los que se encuentran en la economa. Por tanto, la palabra sistema debe interpretarse en un sentido amplio que com- prenda sistemas fsicos, biolgicos, econmicos y simila- res.
Perturbaciones. Una perturbacin es una seal que tiende a afectar negativamente el valor de la salida de un sistema. Si la perturbacin se genera dentro del sistema se denomina interna, mientras que una perturbacin externa se genera fuera del sistema y es una entrada.
Control realimentado Se refiere a una operacin que, en presencia de perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referen- cia, y lo realiza tomando en cuenta esta diferencia. Aqu slo se especifican con este trmino las perturbaciones im- predecibles, ya que las perturbaciones predecibles o cono- cidas siempre pueden compensarse dentro del sistema.
c) Funcin del Controlador Automtico.
Una aplicacin comn del control automtico encontrada en muchas plantas industriales, un intercambiador de calor que usa calor para calentar agua fra. En operacin manual, la cantidad de vapor que ingresa al intercambiador de calor depende de la presin de aire hacia la vlvula que regula el paso de vapor. Para controlar la temperatura manualmen- te, el operador observara la temperatura indicada y al compararla con el valor de temperatura deseado, abrira o cerrara la vlvula para admitir ms o menos vapor.
Cuando la temperatura ha alcanzado el valor deseado, el operador simplemente mantendra esa regulacin en la vlvu- la para mantener la temperatura constante. Bajo el control automtico, el controlador de temperatura lleva a cabo la misma funcin. La seal de medicin hacia el controlador desde el transmisor de temperatura (o sea el sensor que mi-
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 5 de la temperatura) es continuamente comparada con el valor de consigna (set-point en Ingls) ingresado al controlador Basndose en una comparacin de seales, el controlador au- tomtico puede decir si la seal de medicin est por arri- ba o por debajo del valor de consigna y mueve la vlvula de acuerdo a sta diferencia hasta que la medicin (temperatu- ra ) alcance su valor final.
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 6 4. Clasificacin de los Sistemas de Control.
Los sistemas de control a lazo abierto tienen dos rasgos sobresalientes:
a) La habilidad que stos tienen para ejecutar una accin con exactitud est determinada por su calibracin. Calibrar significa establecer o restablecer una relacin entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.
b) Estos sistemas no tienen el problema de la inestabili- dad, que presentan los de lazo cerrado.
Sistemas de control Es aquel en el que la accin de control es en cierto modo Control de Lazo Cerrado Control de Lazo Abierto Es aquel en el cual la accin de control es independiente de la salidad
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 7 Los sistemas de control a lazos cerrados tienen dos rasgos sobresalientes:
Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comnmen- te sistemas de control por realimentacin (o retroaccin).
Realimentacin:
Es la propiedad de una sistema de lazo cerrado que permite que la salida (o cualquier otra variable controlada del sistema) sea comparada con la entrada al sistema (o con una entrada a cualquier componente interno del mismo con un subsistema) de manera tal que se pueda establecer una ac- cin de control apropiada como funcin de la diferencia en- tre la entrada y la salida.
Ms generalmente se dice que existe realimentacin en un sistema cuando existe una secuencia cerrada de relaciones de causa y efecto ente las variables del sistema.
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 8 5. Caractersticas de la realimentacin.
Los rasgos ms importantes que la presencia de realimenta- cin imparte a un sistema son:
a) Aumento de la exactitud. Por ejemplo, la habilidad para reproducir la entrada fielmente. b) Reduccin de la sensibilidad de la salida, corres- pondiente a una determinada entrada, ante variaciones en las caractersticas del sistema. c) Efectos reducidos de la no linealidad y de la dis- torsin. d) Aumento del intervalo de frecuencias (de la entra- da) en el cual el sistema responde satisfactoriamente (aumento del ancho de banda) e) Tendencia a la oscilacin o a la inestabilidad.
6. El actuador final
Por cada proceso debe haber un actuador final, que regule el suministro de energa o material al proceso y cambie la seal de medicin. Ms a menudo ste es algn tipo de vl- vula, pero puede ser adems una correa o regulador de velo- cidad de motor, posicionado, etc.
Los tipos de procesos encontrados en las plantas industria- les son tan variados como los materiales que producen. Es- tos se extienden desde lo simple y comn, tales como los lazos que controlan caudal, hasta los grandes y complejos como los que controlan columnas de destilacin en la indus- tria petroqumica.
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 9 7. Conclusiones y Recomendaciones
El control automtico ha desempeado un papel vital en el avance de la ingeniera y la ciencia debido a que se ha convertido en una parte importante e integral en los siste- mas de vehculos espaciales, en los sistemas robticos, en los procesos modernos de fabricacin y en cualquier opera- cin industrial que requiera el control de temperatura, presin, humedad, flujo, etc.
Conforme las plantas modernas con muchas entradas y salidas se vuelven ms y ms complejas, la descripcin de un siste- ma de control moderno requiere una gran cantidad de ecua- ciones.
La teora de control clsica, que trata de los sistemas con una entrada y una salida, pierde su potencialidad cuando se trabaja con sistemas con entradas y salidas mltiples.
La teora de control moderna, basada en el anlisis en el dominio del tiempo y la sntesis a partir de variables de estados, se ha desarrollado para manejar la creciente com- plejidad de las plantas modernas y los requisitos cada vez ms exigentes sobre precisin, peso y coste en aplicaciones militares, espaciales e industriales ya que simplific el diseo de los sistemas de control porque se basa en un mo- delo del sistema real que se quiere controlar.
Sin embargo, la estabilidad del sistema depende del error entre el sistema real y su modelo para evitar esta situa- cin, se disea el sistema de control definiendo en primer lugar el rango de posibles errores y despus diseando el controlador de forma que, si el error del sistema est en dicho rango, el sistema de control diseado permanezca es- table cuyo diseo se denomin como teora de control robus- to, que incorpora tanto la aproximacin de respuesta en frecuencia como la del dominio temporal. Esta teora es ma- temticamente muy compleja.
Es deseable que la mayora de los ingenieros y cientficos estn familiarizados con la teora y la prctica del con- trol automtico.
Introduccin al Control Automtico UNIVERSIDADESTATALDEGUAYAQUIL FACULTADDEINGENIERIAQUIMICA CARRERADEINGENIERIAQUIMICA 10 8. Bibliografa
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