Control cascada

3. CONTROL EN CASCADA 
El control en cascada es una estrategia que mejora significativamente, en algunas
aplicaciones, el desempeño que muestra un control por retroalimentación y que ha
sido conocida desde hace algún tiempo. Los computadores permiten la
implementación de controles en cascada que son más simples, más seguros y menos
costosos que los que pueden obtenerse mediante el uso deinstrumentación análoga.
Por lo tanto, la disponibilidad de los computadores ha facilitado que el control en
cascada se implemente ahora mucho más que antes, cuando solo se utilizaba la
instrumentación análoga.

PROCESO DE REACCION CON PRECALENTAMIENTO 
En la Figura 3.1 se considera un horno donde se precalienta el componente A que se
. La
alimenta a un reactor para transformarlo en Bmediante la reacción
reacción es exotérmica y el calor liberado se remueve por medio de un fluido de
enfriamiento que fluye a través de la camisa que rodea al reactor.

Figura 3.1 Proceso de Reacción con Precalentamiento

La variable de control considerada, como importante, es la temperatura en el reactor,
TR, y la estrategia de control implementa como variable a manipular el flujo de
fluido deenfriamiento por la camisa. La temperatura de entrada al reactor se
controló manipulando el flujo de combustible utilizado en el horno. Se observó
durante la puesta en marcha del proceso que la camisa no mostraba la capacidad
requerida para el enfriamiento; la válvula de regulación del flujo del fluido de
enfriamiento se mantuvo abierta casi todo el tiempo. Por lo tanto, se decidió abrir laválvula completamente y controlar la temperatura del reactor manipulando el flujo
de combustible al precalentador, como se muestra en la figura. La estrategia trabajó
suficientemente bien mostrando un buen control automático durante la puesta en
marcha.
Una vez el proceso estuvo en marcha, el ingeniero de procesos observó que muy a
menudo la temperatura del reactor se desviaba considerablementedel valor deseado
ocasionando que el producto se obtuviera fuera de especificación. Después de
verificar la sintonización del controlador por retroalimentación para asegurarse que
el desempeño obtenido era el mejor posible, el ingeniero comenzó a buscar las
posibles perturbaciones. Varios desajustes se hallaron alrededor del reactor mismo
(temperatura y flujo del fluido de enfriamiento yotros) como también en el horno
(variaciones en la temperatura de entrada de A, poder calorífico del combustible,
temperatura de entrada del aire de combustión, etc). Mas aún, el ingeniero observó
que repetidamente en un momento, la temperatura del reactivo a la entrada del
precalentador variaba en tanto como en 25ºC, un desajuste considerable.
Es algo simple el darse cuenta que el efecto de undesajuste en el horno ocasiona
primero un cambio en la temperatura del reactivo que sale del mismo, TH, y esto a su
vez afecta a temperatura en el reactor, TR. Cuando el controlador determina el error
en TR, manipula la señal que regula la válvula por donde fluye el combustible. Sin
embargo, con demasiados atrasos en el proceso horno-reactor, transcurrirá un
tiempo considerable para que latemperatura en el reactor alcance nuevamente el
valor deseado. A causa de estos atrasos, el simple control por retroalimentación
mostrado en la figura, resultará en un control cíclico y en general lento.
Una estrategia de control superior puede diseñarse haciendo uso del hecho de que
los desajustes en el horno primero afectan a TH. Es lógico, por lo tanto, comenzar
manipulando la válvulareguladora del flujo de combustible tan pronto como se
determine la variación en TH, antes que comience a cambiar TR. Es decir, la idea no
es esperar un error en TR para comenzar a cambiar la variable manipulada. Esta
estrategia de control utiliza una variable intermedia, TH en este caso, para reducir el
efecto de algunas dinámicas en el proceso. Esta es la idea que se maneja en la
estrategia de...