LABORATORIO CONTROL AUTOMÁTICO

En la reciente práctica de laboratorio se realizó una caracterización a los módulos multivariables del laboratorio de control automático destacando elementos importantes dentro de los sistemas de control como son: sensores, transmisores, válvulas, motobombas, conversores de corriente a presión y viceversa. El propósito consistía en tratar de extraer los diagramas P&ID.

Asimismo se analizó el entorno de desarrollo MATLAB teniendo en cuenta su programación, algunas de sus librerías más usadas y la resolución de una serie de ejemplos de aplicación representados mediante ecuaciones diferenciales y gráficos.

OBJETIVOS

GENERAL.

Ø Clasificar los diferentes tipos de sistemas de control reconociendo sus configuraciones y estructuras básicas

ESPECIFICOS

Ø analizar de manera individual cómo funcionan los procesos de nivel, flujo, temperatura, presión en el módulo multivariable y en el módulo de nivel en tanque abierto.

Ø Aprender a extraer un diagrama de instrumentación y tuberías P&ID

Ø Resolver ecuaciones diferenciales y transformadas de Laplace en forma computacional

Ø Reconocer la diferencia que existe entre los sistemas de control en lazo abierto y lazo cerrado

LABORATORIO CONTROL AUTOMÁTICO

Las teorías de control que se utilizan habitualmente son: la teoría de control clásica (que se denomina teoría de control convencional), la teoría de control moderno y la teoría de control robusto.

El control automático ha desempeñado un papel vital en el avance de la ingeniería y la ciencia convirtiéndose en una parte importante e integral en los sistemas de vehículos espaciales, en los sistemas robóticos, en los procesos modernos de fabricación y en cualquier operación industrial que requiera el control de temperatura, presión, humedad, flujo entre otras.

Antes de analizar los sistemas de control, deben definirse ciertos términos.

VARIABLE CONTROLADA Y SEÑAL DE CONTROL O VARIABLE MANIPULADA: la variable controlada es la cantidad o condición que se mide y controla. La señal de control o variable manipulada es la cantidad o condición que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada.

PLANTAS:puede ser una parte del equipo o un conjunto de elementos que funcionan entre ellos para efectuar una acción u operación particular.

PROCESOS: cualquier operación que se va a controlar.

CONTROLAR: medir el valor de la variable controlada del sistema para tomar acciones de control. Además de eso establecer una diferencia para corregir la desviación del valor medido respecto al valor deseado.

PERTURBACIÓN: es una señal o acción que tiende a afectar negativamente la variable controlada.

Las perturbaciones pueden ser internas o externas

PERTURBACIÓN INTERNA: afectada por la dinámica del sistema, degradación del sensor, degradación del controlador e incluso por desgaste mecánico.

PERTURBACIÓN EXTERNA: Afectada por el ruido, la vibración, condiciones ambientales pésimas, errores humanos, cambio en la referencia (set-point).

REALIMENTACIÓN: es la acción o efecto de retornar la salida nuevamente a la entrada para ejecutar tareas de comparación.

ERROR EN ESTADO ESTABLE: si la respuesta en estado estable de la salida no concuerda con la señal de referencia deseada, se dice que el sistema posee un error de este tipo

PROCEDIMIENTO

Utilizando los módulos disponibles en el laboratorio, elabore el diagrama de instrumentación y tuberías P&ID y explique cada uno de sus componentes a partir de las definiciones de: SISTEMA, PROCESO, PLANTA, VARIABLE CONTROLADA, VARIABLE MANIPULADA Y PERTURBACIONES.

RESULTADOS OBTENIDOS

DIAGRAMA P&ID DE PROCESO DE NIVEL EN TANQUE ABIERTO

TANQUE CERRADO

Una vez realizado los respectivos diagramas se procederá a identificar y caracterizar los elementos principales que intervienen en el proceso como son: SENSOR, EFC Y CONTROLADOR, se debe explicar el respectivo funcionamiento y la relación con el proceso y los demás elementos del sistema.

SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL EN TANQUE ABIERTO:El elemento primordial en el sensado de nivel es el sensor ultrasónico que està midiendo de manera constante el nivel del tanque abierto.

La señal es transmitida a un PLC y controla la apertura/cierre de la válvula neumática. El caudal de la bomba se controla mediante un variador de velocidad instalado en el panel lateral del controlador.

SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA EN TANQUE TIPO COLUMNA: El sensor de temperatura que en este caso està conformado por una PT-100 tiene la misión de indicarle al PLC o controlador a que temperatura està el agua. De acuerdo a dichos valores de temperatura, se puede controlar la entrada/salida de vapor.

Posteriormente existe un sensor de caudal que indica la cantidad de fluido en este caso: AGUA, que se le debe suministrar al tanque para que el proceso mantenga la temperatura que corresponde.

PARTE #2 PRÀCTICA 1

PROCEDIMIENTO PRACTICO: Represente en un esquema gráfico y explique el funcionamiento de un módulo de laboratorio.

Además realizar el mismo procedimiento mediante diagrama de bloques para dos procesos industriales reales, dos procesos que encontremos identifiquemos en nuestra vida cotidiana 1 lazo abierto, otro en lazo cerrado.

RESULTADOS OBTENIDOS.

Módulo multivariable en lazo cerrado.

En lazo abierto

Para que el sistema funcione en modo lazo abierto, se tiene en cuenta la presión de la caldera para controlar la temperatura del fluido de salida además el sistema se puede considerar MISO por tener múltiples entradas y una sola salida.

PROCESO DE DESTILACIÓN

En las refinerías hay muchas otras torres de destilación más pequeñas, denominadas columnas, diseñadas para separar productos específicos y exclusivos, todas las cuales trabajan según los mismos principios que las torres atmosféricas.

Por ejemplo, un despropanizador es una columna pequeña diseñada para separar el propano del isobutano y otros componentes más pesados.

Para separar el etilbenceno y el xileno se utiliza otra columna más grande.

Unas torres pequeñas de “burbujeo”, llamadas torres rectificadoras, utilizan vapor para eliminar vestigios de productos ligeros (gasolina) de corrientes de productos más pesados.

Las temperaturas, presiones y reflujo de control deben mantenerse dentro de los parámetros operacionales para evitar que se produzca craqueo térmico dentro de las torres de destilación.

Se utilizan sistemas de descarga dado que pueden producirse desviaciones de presión, temperatura o niveles de líquidos si fallan los dispositivos de control automático. Se vigilan las operaciones para evitar la entrada de crudo en la carga de la unidad de reforma.

Los crudos utilizados como materia prima contienen a veces cantidades apreciables de agua en suspensión que se separa al principio del proceso y que, junto con el agua procedente de la purga de vapor que queda en la torre, se deposita en el fondo de ésta. Es posible que esta agua se caliente hasta alcanzar el punto de ebullición, originando una explosión por vaporización instantánea al entra en contacto con el aceite de la unidad.