Lazos de control

1. Objetivo

Dar una previa inducción a los técnicos de DCS y técnicos planta sobre las etapas necesarias para la introducción al control de procesos.

1. Alcance

El contenido programático de esta guía aplica para la capacitación interna de los técnicos de planta en proceso de formación para ocupar la posición de técnico de panel de control del proceso de producción de amoníaco.

1. Contenido

1. Definición de control de procesos.

El control de procesos es una disciplina de la ingeniería, la cual usa diversos elementos de control para mantener la salida de un proceso específico dentro de un rango deseado. La base del control de procesos se fundamenta en controlar las variables de proceso. Para seguir avanzando necesitamos entender claramente este concepto:

1. Variable de Proceso (PV)

Es toda aquella propiedad física y/o química de entrada o salida de un proceso y que determina el comportamiento del mismo. Es toda magnitud que puede ser medida, manipulada y registrada dentro de un proceso. Dentro de las variables de proceso más comunes podemos citar:

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Las variables de proceso se pueden clasificar en variables manipuladas, variables controladas, variables no controladas y perturbaciones.

• Variables manipuladas: Variables que se pueden cambiar o mover para garantizar que la variable controlada presente el valor deseado.
• Variables controladas: Variables que se quieren controlar, bien sea tratando de mantenerlas constantes o tratando de seguir alguna trayectoria deseada.
• Variables no controladas: Son aquellas variables sobre las cuales no se ejerce control, en algunos casos estas variables no afectan o no ejercen ningún efecto sobre el proceso.
• Perturbaciones: Flujos, temperaturas, composiciones que entran al proceso. No todo el tiempo pueden ser medidas, pero el sistema de control debe ser capaz de regular el proceso en presencia de ellas.

La finalidad del control de procesos es la de corregir las desviaciones surgidas en las variables de proceso, comparándolas con unos valores determinados (puntos de ajuste), los cuales se consideran óptimos para conseguir las propiedades requeridas en el producto producido.

En Fertinitro el sistema de control recibe el nombre de TPS Honeywell. TPS son las siglas en inglés de Total PlantSolution (nombre comercial del sistema) y Honeywell a empresa que lo fabrica.

Los procesos se controlan por las siguientes razones:

• Reducir variaciones. Mantener el sistema estable.
• Conseguir las condiciones de operación de forma rápida y continua.
• Garantizar la seguridad de las personas, equipos y medio ambiente.

• Mejorar el rendimiento del proceso y la calidad del producto final.
• Ahorro energético y control medioambiental.

1. Definición de Lazo de Control.

Un lazo de control es un arreglo de ciertos elementos de control, que juntos, se usan para controlar alguna variable de proceso. El control de procesos se basa en la utilización y aplicación de lazos de control.

Los componentes principales de un lazo de control son: un sensor (elemento de medida), un controlador (elemento de control lógico) y un elemento final de control (elemento de actuación). En el próximo punto definiremos cada uno de estos términos.

En la figura 1 y 2, se muestra un diagrama y un ejemplo de un lazo de control.

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1. Componentes de un Lazo de Control.

Básicamente un lazo de control consta de tres componentes principales:[pic 8]

Estos elementos son imprescindibles ya que realizan funciones o tareas específicas que todo lazo de control debe realizar, estas funciones son:[pic 9]

En la ilustración siguiente se resaltan los componentes del lazo.

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1. Definiciones de los componentes de un lazo de control.

1. Sensor.

Es el elemento de control encargado de medir las variables de proceso. Es la principal fuente de información de cómo va el proceso, mide las perturbaciones y cambios de dichas variables.

Debido a que los sensores son los primeros elementos en el lazo de control que miden la variable de proceso, e incluso a veces están en contacto directo con el mismo, también son llamados elementos primarios. Existen varios tipos de elementos primarios, algunos son:

• Diafragmas sensores de presión.        
• Celdas capacitivas.
• Termocuplas y RTD’s.
• Placas de orificio.
• Tubos pitot y Venturi.
• Tubos de flujo magnético.
• Tubos de flujo coriolis.
• Emisores y receptores de ultrasonido.

Los sensores son dispositivos que pueden sufrir cambios en sus propiedades con cambios en las condiciones del fluido de proceso, dichos cambios por consiguiente, pueden ser medidos.

Por ejemplo, en una RTD, a medida que la temperatura del fluido de proceso que se mide aumenta o disminuye, la resistencia eléctrica de la RTD aumenta o disminuye en una cantidad proporcional. La resistencia es medida y a partir de esta medición se puede determinar la temperatura.

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1. Controlador.

Un controlador es un dispositivo que:

1. Recibe datos de un instrumento de medición en campo (PV).
2. Compara esos datos con un punto de ajuste o set point.
3. Si es necesario, le ordena a un elemento final de control que tome una acción correctiva.

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Basándonos en las premisas anteriores se puede establecer que los controladores poseen tres elementos claves que los caracterizan, a saber:

• PV (process variable): es la variable de proceso medida en campo, es una entrada del controlador.
• SP(setpoint): es el valor de ajuste o valor al que queremos que nuestra variable de proceso se mantenga. También es una entrada del controlador.
• OP(output): es la salida del controlador, es la señal que el controlador le envía al elemento final de control una vez que compara la PV vs. ElSP.

Los controladores pueden realizar tanto operaciones matemáticas complejas, como operaciones sencillas de suma o resta para comparar la variable de proceso con un set point establecido.

Son ejemplos de controladores:

• Controladores lógicos programables (PLC’s)

Son computadoras conectadas a un conjunto de dispositivos de entrada/salida (I/O). Estas computadoras son programadas para que respondan a estas entradas generando salidas que mantengan el proceso en sus valores de ajuste.

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