El actuador final

El actuador final .

Por cada proceso debe haber un actuador final, que regule el suministro de energía o material al proceso y cambie la señal de medición. Más a menudo éste es algún tipo de válvula, pero puede ser además una correa o regulador de velocidad de motor , posicionador , etc .

El proceso

Los tipos de procesos encontrados en las plantas industriales son tan variados como los materiales que producen . Estos se extienden desde lo simple y común , tales como los lazos que controlan caudal , hasta los grandes y complejos como los que controlan columnas de destilación en la industria petroquímica .

El controlador automático .

El último elemento del lazo es el controlador automático , su trabajo es controlar la medición . “Controlar” significa mantener la medición dentro de límites aceptables . En éste artículo , los mecanismos dentro del controlador automático no serán considerados . Por lo tanto , los principios a ser tratados pueden ser aplicados igualmente tanto para los controladores neumáticos como para los electrónicos y a controladores de todos los fabricantes . Todos los controladores automáticos usan las mismas respuestas generales , a pesar de que los mecanismos internos y las definiciones dadas para estas respuesta pueden ser ligeramente diferentes de un fabricante al otro .

Un concepto básico es que para que el control realimentado automático exista , es que el lazo de realimentación esté cerrado . Esto significa que la información debe ser continuamente transmitida dentro del lazo . El controlador debe poder mover a la válvula , la válvula debe poder afectar a la medición , y la señal de medición debe ser reportada al controlador . Si la conexión se rompe en cualquier punto , se dice que el lazo está abierto . Tan pronto como el lazo se abre , como ejemplo , cuando el controlador automático es colocado en modo manual , la unidad automática del controlador queda imposibilitada de mover la válvula . Así las señales desde el controlador en respuesta a las condiciones cambiantes de la medición no afectan a la válvula y el control automático no existe.

CARACTERISTICAS DEL PROCESO Y CONTROLABILIDAD .

El controlador automático usa cambios en la posición del actuador final para controlar la señal de medición , moviendo el actuador para oponerse a cualquier cambio que observe en la señal de medición . La controlabilidad de cualquier proceso es función de lo bien que una señal de medición responde a éstos cambios en la salida del controlador ; para un buen control la medición debería comenzar a responde en forma rápida , pero luego no cambiar rápidamente . Debido al tremendo número de aplicaciones del control automático , caracterizando un proceso por lo que hace , o por industria , es una tarea engorrosa . Sin embargo , todos los procesos pueden ser descriptos por una relación entre las entradas y las salidas . La figura 4 ilustra la respuesta de la temperatura del intercambiador de calor cuando la válvula es abierta incrementando manualmente la señal de salida del controlador .

Al comienzo , no hay una respuesta inmediata en la indicación de temperatura , luego la respuesta comienza a cambiar , se eleva rápidamente al inicio , y se aproxima al fina a un nivel constante . El proceso puede ser caracterizado por dos elementos de su respuesta , el primero es el tiempo muerto (dead time en Inglés ) , o sea el tiempo antes de que la medición comience a responder , en éste ejemplo , el tiempo muerto se eleva debido a que el calor en el vapor debe ser conducido hasta el agua antes de que pueda afecta a la temperatura , y luego hacia el transmisor antes de que el cambio pueda ser percibido . El tiempo muerto es una función de las dimensiones físicas de un proceso y cosas tales como las velocidades de correas y regímenes de mezcla . Segundo , la capacidad de un proceso es el material o energía que debe ingresar o abandonar el proceso para cambiar las mediciones , es , por ejemplo , los litros necesarios para cambiar el nivel , las calorías necesarias para cambiar la temperatura , o los metros cúbicos de gas necesarios para cambiar la presión . La medición de una capacidad es su respuesta para un paso de entrada . Específicamente , el tamaño de una capacidad es medida por una constante de tiempo , que es definido como el tiempo necesario para completar el 63% de su respuesta total . La constante de tiempo es una función del tamaño del proceso y del régimen de transferencia de material o energía .Para este ejemplo , cuanto mas grande sea el tanque , y menor el caudal de vapor , mayor será la constante de tiempo . Estos números pueden ser de tan sólo algunos segundos , y tan largos como varias horas . Combinados con el tiempo muerto , los mismos definen cuanto tiempo lleva para que la señal responda a cambios en la posición de la válvula . Un proceso puede comenzar a responder rápidamente , pero no cambiar muy rápido si su tiempo muerto es pequeño y su capacidad muy grande . En resumen , cuanto mayor sea la constante de tiempo de la capacidad comparada con el tiempo muerto , mejor será la controlabilidad del proceso .

SELECCIÓN DE LA ACCIÓN DEL CONTROLADOR .

Dependiendo de la acción de la válvula , un incremento en la medida puede requerir incrementos o disminuciones del valor de salida para el control . Todos los controladores pueden ser conmutados entre acción directa o reversa .

• La acción directa significa que cuando el controlador ve un incremento de señal desde el transmisor , su salida se incrementa . • La acción reversa significa que un incremento en las señales de medición hacen que la señal de salida disminuya.

Para determinar cuál de estas salidas es la correcta, un análisis debe ser llevado a cabo en el lazo . El primer paso es determinar la acción de la válvula . En la figura 1 , por razones de seguridad la válvula debe cerrar si existe un fallo en el suministro de aire de la planta . Por lo tanto , esta válvula deber ser normal abierta con aire , o normal cerrada sin aire . Segundo , considere el efecto de un cambio en la medición . Para incrementar la temperatura el caudal de vapor hacia el intercambiador de calor debería ser reducido , por lo tanto , la válvula deberá cerrarse . Para cerrarse ésta válvula , la señal del controlador automático hacia la válvula debe disminuir , por lo tanto el controlador requiere acción de disminución/incremento reversa . Si se eligiera la acción directa el incremento de señales desde el transmisor daría como resultado en un aumento del caudal de vapor , haciendo que la temperatura se incremente aún mas . El resultado sería un descontrol en la temperatura . Lo mismo ocurriría en cualquier disminución de temperatura causando una caída de la misma . Una selección incorrecta de la acción del controlador siempre resulta en un lazo de control inestable tan pronto como el mismo es puesto en modo automático . Asumiendo que la acción correcta sea seleccionada en el controlador , cómo sabe el dispositivo cuando la salida correcta ha sido alcanzada ? , en la figura 3 , por ejemplo , para mantener el nivel constante , el controlador debe manipular el ingreso de caudal igual al de salida , según se demande . El controlador lleva a cabo su trabajo manteniendo éste balance en un estado permanente , y actuando para restaurar este balance entre el suministro y la demanda cuando el mismo es modificado por alguna variación .

TIPOS DE RESPUESTAS DE CONTROLADOR .

La primera y mas básica característica de la respuesta del controlador ha sido indicada como la acción directa o reversa . Una vez que esta distinción se ha llevdo a cabo , existen varios tipos de respuestas que pueden ser usadas para controlar un proceso . Estas son :

• Control Si/No ( ó On/Off con sus siglas en Inglés ) , o control de dos posiciones.

• Control proporcional .

• Acción integral (reset)

• Acción derivativa .

El control Si/No .

El control SI/No es mostrado en la figura 5 ,

Para un controlador de acción reversa y una válvula del tipo presión-para-cerrar . El controlador Si/No tiene dos salidas que son para máxima apertura y para apertura mínima , o sea cierre . Para este sistema se ha determinado que cuando la medición cae debajo del valor de consigna , la válvula debe estar cerrada para hacer que se abra ; así , en el caso en que la señal hacia el controlador automático esté debajo del valor de consigna , la salida del controlador será del 100% . A medida que la medición cruza el valor de consigna la salida del controlador va hacia el 0% . Esto eventualmente hace que la medición disminuya y a medida que la medición cruza el valor de consigna nuevamente , la salida vaya a un máximo . Esta ciclo continuará indefinidamente , debido a que el controlador no puede balancear el suministro contra la carga . La continua oscilación puede , o puede no ser aceptable , dependiendo de la amplitud y longitud del ciclo . Un ciclo rápido causa frecuentes alteraciones en el sistema de suministro de la planta y un excesivo desgaste de la válvula . El tiempo de cada ciclo depende del tiempo muerto en el proceso debido a que el tiempo muerto determina cuanto tiempo toma a la señal de medición para revertir su dirección una vez que la misma cruza el valor de consigna y la salida del controlador cambia . La amplitud de la señal depende de la rapidez con que la señal de medición cambia durante cada ciclo . En procesos de gran capacidad , tales como cubas de calentamiento , la gran capacidad produce una gran constante

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