Sistemas de control

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
SISTEMAS DE CONTROL
Alumno: De la cruz Bustamante Edgar Alexander
Carrera: Ingeniería Química
Ciclo: IX
Profesor del Curso: Ing. Henry Esquerre
Sección: “B “
Trujillo – Perú
2014

SISTEMAS DE CONTROL
Un sistema de control automático es una interconexión de elementos que forman una configuración
denominada sistema, de tal manera que el arreglo resultante es capaz de controlar se por sí mismo.
Todo proceso industrial es controlado básicamente por tres tipos de elementos el transmisor (medidor o
sensor)(TT), el controlador(TIC o TRC) y la válvula o elemento final de control
Un sistema o componente del sistema susceptible de ser controlado, al cual se le aplica una señal r (t) a
manera de entrada para obtener una respuesta o salida y (t), puede representarse mediante bloques.
g (t)
r (t) y (t)
Donde:
 r(t) : entrada
 g(t) : sistema
 y(t) : salida
La salida del sistema se debe a la interacción de la entrada con el proceso
El vínculo entrada-salida es una relación de causa y efecto con el sistema, por lo que el proceso por
controlar (también denominado planta) relaciona la salida con la entrada.
Las entradas típicas aplicadas a los sistemas de control son: escalón,rampa e impulso.
 La entrada escalón indica un comportamiento o una referencia constantes introducidos alsistema
 La entrada rampa supone una referencia con variación continua en el tiempo.
 La entrada impulso se caracteriza por ser una señal de prueba con magnitud muy grande y
duración muy corta.
La función respuesta impulso o función de transferencia es la representación matemática del sistema.
Básicamente, el problema de control consiste en seleccionar y ajustar un conjunto específico de elementos
tal que, al interconectarse,el sistema resultante deberá comportarse de una manera específica.
Todo proceso industrial es controlado básicamente por tres tipos de elementos el transmisor (medidor o
sensor)(TT), el controlador(TIC o TRC) y la válvula o elemento final de control.
Sistema o
Proceso

TIPOS DE CONTROL
A) control neumático
B) control electrónico
C) control retroalimentado ("feedback")
Control neumático
Ejemplo: Un intercambiador de calor
Donde el fluido de calefacción (vapor) calienta un producto de entrada hasta una temperatura de salida
que es transmitida por TT y controlada e indicada por TIC (o controlada y registrada por TRC) a través de
una válvula de control V.
Esta deja pasar el vaporde calefacción suficiente para mantener la temperatura del fluido caliente en un
valor deseado o punto de consigna que es prefijado (valor de referencia o "set point")en el controlador
TIC o TRC.
La combinación de los componentes transmisor-controlador-válvula de control-proceso, que actúan
conjuntamente, recibe el nombre de sistema y cumple el objetivo de mantener una temperatura constante
en el fluido caliente de salida del intercambiador.
Sus objetivos de cada uno son:
 Transmisor convierte los valores de la temperatura a señales neumáticas o electrónicas.
 El controlador mantiene la señal de entrada constante para cada punto de consigna o valor
deseado fijado por el operador, mediante la variación de la señal de salida a la válvula de
control.
 La válvula de control convierte la señal de entrada neumática o electrónica a posición de su
vástago y,por tanto,gobierna el caudal de vapor con que alimenta el serpentín del
intercambiador de calor.
 El proceso cumple el objetivo de calentar el fluido de salida, mediante el vapor de entrada, y lo
hace a través de un serpentín,del que se elimina continuamente el condensado con un purgador.
 Nótese que en cada uno de los sistemas anteriores se ha considerado una entrada y una salida;
por ejemplo, en el caso de la válvula de control, la entrada es la señalprocedente del controlador
y la salida es el caudal de vapor al serpentín; y en el caso del proceso,la entrada es el caudal de
vapor que pasa a través de la válvula y la salida es la temperatura del fluido caliente en la fig.1.

Control electrónico
Estos sistemas se representan mediante un rectángulo llamado bloque, la variable o variables de entrada
constituidas porflechas que entran en el rectángulo, y la variable o variables de salida representadas por
flechas que salen del rectángulo.
De este modo, el sistema de la fig.2 quedaría representado según se ve en la Fig. 3 denominado diagrama
de bloques.
Fig.2: Diagrama flujo del Proceso del Intercambiador de calor
Fig.3 : Diagrama de Bloques del Proceso del Intercambiador de calor
La señal (perturbaciones) en el bloque del proceso se refiere a las variables que -aparte del caudal de
vapor de agua- pueden afectar el proceso.
Por ejemplo:
El mal funcionamiento del purgador de vapor, las variaciones de caudal o de temperatura del fluido de
entrada, los cambios de temperatura exteriores al intercambiador, el posible recubrimiento con el tiempo
de la pared del serpentín que está en contacto con el fluido con la consiguiente alteración en la
transmisión del calor de condensación del vapor, las variaciones de presión del vapor producidas por el
consumo variable de vaporen los sistemas próximos al considerado, o por otras causas,etc.

En estos aparatos,la magnitud de entrada se fija en un valor constante (que es el valor de referencia o
punto de consigna del controlador) o en un valor variable con el tiempo según una ley programada (se
trata entonces de controladores programadores).
Control retroalimentado ("feedback")
Es una operación que, en presencia de perturbaciones,tiende a reducir la diferencia entre la salida de un
sistema y alguna entrada de referencia, realizándolo sobre la base de esta diferencia.
Se denomina sistema de control retroalimentado a aquel que tiende a mantener una relación
preestablecida entre la salida y alguna entrada de referencia, comparándolas y utilizando la diferencia
como medio de control.
Es una operación que, en presencia de perturbaciones,tiende a reducir la diferencia entre la salida de un
sistema y alguna entrada de referencia, realizándolo sobre la base de esta diferencia.
Por ejemplo el control de temperatura del tanque mezclador de la Fig. Siguiente:
Midiendo la temperatura de salida del tanque y comparándola con la temperatura de referencia
(temperatura deseada), la válvula de entrada de vapor regula el flujo de éste aumentando o disminuyendo
para mantener la temperatura de la corriente de salida en el valor deseado.
Servosistemas
El servosistema (o servomecanismo) es un sistema de control retroalimentado en el que la salida es algún
elemento mecánico, sea posición, velocidad o aceleración. Por tanto,los términos servosistema o sistema
de control de posición, o de velocidad o de aceleración, son sinónimos.
Por ejemplo: con el uso de servosistemas e instrucción programada se puede lograr la operación
totalmente automática de máquinas herramientas.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL
Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto (o no automático) y sistemas de lazo
cerrado (retroalimentados o automáticos). Para llevar a cabo dicha clasificación, se hace la siguiente
definición:
Acción de control: Es la cantidad dosificada de energía que afecta al sistema para producir la salida o la
respuesta deseada.

Sistemas de control en lazo abierto
Es aquel sistema en el cual la acción de control es, en cierto modo, independiente de la salida
Este tipo de sistemas por lo general utiliza un regulador o actuadorcon la finalidad de obtenerla
respuesta deseada.
Los sistemas en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control, se denominan sistemas de
control de lazo abierto ("open loop").
• Características
– No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del sistema (referencia).
– Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fijada.
– La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador.
– En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su función adecuadamente.
Un ejemplo práctico lo constituye una lavadora de ropa doméstica donde el remojo, lavado y enjuague en
la lavadora se cumplen por tiempos, la máquina no mide la señal de salida, es decir, la limpieza de la
ropa.
El control de alimentación directa se está utilizando de una manera muy generalizada; sobre todo en el
control por computadora.
Los cambios en las variables de entrada al proceso se miden y compensan sin esperar a que un cambio en
la variable controlada indique que ha ocurrido una alteración en las variables.
El control de alimentación directa es muy útil también en casos en que la variable controlada no se puede
medir.

Otro Ejemplo: Sistema de lazo abierto para controlar el tueste de un pan, el proceso a controlar.
La capacidad que tales sistemas tienen para ejecutar una acción con exactitud depende de su calibración.
En general, los sistemas de lazo abierto están regulados por base de tiempo.
Como ejemplo de dichos sistemas se citan los tostadores de pan, las lavadoras automáticas, los hornos de
microondas y los semáforos convencionales.
Sistema de control de lazo cerrado: ("closed loop")
El término lazo cerrado implica el uso de la acción de control retroalimentado para reducir el error del
sistema.
En la práctica, se utiliza indistintamente la denominación control retroalimentado ("feedback") o control
de lazo cerrado ("closed loop").
La señal de error actuante,que es la diferencia entre la señal de entrada y la de retroalimentación (que
puede ser la señal de salida o una función de la señalde salida y sus derivadas),entra al controlador para
reducir el error y llevar la salida a un valor deseado.
Esta retroalimentación se logra a través de la acción de un operador (control manual) o por medio de
instrumentos (control automático).
Si el operador mide previamente la temperatura de salida y si es inferior al valor deseado,aumenta la
circulación de vaporabriendo levemente la válvula.
Cuando se trata de control automático, se emplea un dispositivo sensible a la temperatura para producir
una señal(eléctrica o neumática) proporcional a la temperatura medida.
Esta señal se alimenta a un controlador que la compara con un valor deseado preestablecido o punto de
ajuste ("set point"). Si existe una diferencia, el controlador cambia la abertura de la válvula de control de
vapor para corregir la temperatura.

Ejemplo:
Otro Ejemplo: Control de nivel mediante solenoide.
Para el sistema de control de nivel que utiliza un solenoide, habrá que obtenerla representación en
bloques del sistema, según se muestra en la fig.
Solución:
El nivel de referencia se establece por medio de la varilla que sujeta al flotador en un extremo y, por el
otro, a un contacto metálico que actúa como interruptor eléctrico.
De esta manera, cuando el nivel es lo suficientemente bajo, el interruptor cierra el circuito, lo que
ocasiona que el solenoide se active; entonces,la válvula se abre y permite el paso del flujo de entrada
para restablecer el nivel deseado.
El diagrama de bloques resultante se muestra así:

ELEMENTOS DE UN LAZO DE CONTROL
– Sistema a controlar
– Controlador
– Actuador(puede incluirse en el sistema a controlar)
– Medidor: sensor+ transductor
FUNCIONES DE UN LAZO DE CONTROL
– Medir el valor de la variable controlada (medida y transmisión).
– Detectar el error y generar una acción de control (decisión).
– Usar la acción de control para manipular alguna variable en el proceso de modo que tienda a reducir el
error (manipulación)
VENTAJA DEL CONTROL EN LAZO CERRADO FRENTE AL CONTROL EN LAZO
ABIERTO:
– Respuesta del sistema se hace relativamente insensible a perturbaciones externas y a variaciones
internas de los parámetros del sistema.
DESVENTAJA DEL CONTROL EN LAZO CERRADO:
– Aparece el problema de la estabilidad, ya que si el controlador no está bien ajustado puede tener
tendencia a sobre corregir errores, que pueden llegar a producir en la salida del sistema oscilaciones de
amplitud creciente llegando a inestabilzar el sistema.
Tipos de control
 Realimentación de la salida:
– Lazo abierto y lazo cerrado

 Comportamiento de la señalde referencia.
a) Sistemas seguidores
 La entrada de referencia cambia de valor frecuentemente
Ejemplo 01: servomecanismos (sistemas de control realimentado en el cual la salida es alguna posición,
velocidad o aceleración mecánica).
Ejemplo 02: de servomecanismo: posicionamiento de los cañones de una batería de tiro antiaérea.
b) Sistemas de regulación automática.
 La entrada de referencia es o bien constante o bien varía lentamente con el tiempo, y donde la
tarea fundamental consiste en mantener la salida en el valor deseado a pesar de las
Perturbaciones presentes.
Ejemplo: el sistema de calefacción de una casa, un regulador de voltaje, un regulador de presión de
suministro de agua a una comunidad de vecinos
 En función de la industria
a) Control de procesos
Los sistemas de control de procesos son aquellos que requieren la regulación de variables de proceso
(temperaturas, concentraciones,caudales, niveles…). Estos sistemas de control requieren la manipulación
de unidades de proceso continuas (no se interrumpe el flujo) y discontinuas,batch o por lotes (se
interrumpe el flujo).
Ejemplos: refinería de petróleo, planta de producción de energía eléctrica, papelera.
b) Control de máquinas manufactureras
 Control Numérico
Usa un programa para controlar la secuencia de operaciones una máquina, dicho programa contiene
instrucciones que especifican posiciones, direcciones, velocidades y velocidad de corte.
 Control de robots
Un manipulador programable diseñado para mover materiales, herramientas en una secuencia
determinada para realizar una tarea específica.
 Tipo de señal
a) Analógicos (continuos)
b) Digitales (discretos)

Ejemplos de Sistemas de Control
a) Control de Presion de un Horno
b) Regulador centrifugo de Watt para control de Velocidad de una Maquina de vapor que
fue diseñado en el siglo XVIII

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