Control de procesos

Capítulo

1
Elementos dinámicos en el circuito de control
El rendimiento económico de la mayor parte de los procesos —y. sin duda, su seguridad y posibilidad de operación— depende en gran parte de cuán bien se controlen. Por lo tanto, existe un aliciente considerable para aplicar controles a los procesos que no cuentan con ellos y para mejorar el control de los que ya están siendo regulados.Sin embargo, esto es más fácil decirlo que hacerlo. Se verá que unos cuantos procesos responden especialmente bien a la acción de control, pero que muchos otros no lo hacen. A este respecto existe una amplia variedad de posibilidades; empero, la mayor parte de los procesos se pueden descomponer en bloques relativamente elementales, cada uno de los cuales da lugar a un análisis y unacaracterización. Una vez que se comprenden estos elementos es posible reconstruir el proceso y predecir su comportamiento, a partir de ese conocimiento. En este capitulo se intenta describir de qué manera se comportan los propios elementos en un circuito de control con retroalimentación. Aunque la retroalimentación no es el único método de control, ni siempre el más eficaz, es el más sencillo y más robusto; esdecir, el más útil con una amplia variedad de parámetros de procesos y condiciones de operación. También, exige menos conocimiento del proceso —o un conocimiento menos preciso— por parte del ingeniero especialista en control y, en consecuencia, es posible aplicarlo con mayor amplitud que otros métodos. No obstante, en este capítulo se demostrará que todavía se necesita algún conocimiento delproceso, si éste se va a controlar de manera eficaz por retroalimentación. Sus características determinan de qué manera se puede controlar y, también, qué ajustes se requieren en el controlador para producir los mejores resultados.

Retroalimentación negativa
Existen dos clases posibles de retroalimentación en un circuito cerrado: positiva y negativa. La retroalimentación positiva es una operaciónque aumenta una falta de equilibrio, con lo que impide la estabilidad. Si se usara un controlador de temperatura, con retroalimentación positiva, para calentar un cuarto, aumentaría el calor cuando la temperatura estuviera arriba del punto de control y cortaría la entrada de calor cuando estuviera debajo. El circuito con retroalimentación positiva se cierra en uno de los extremos o en el otro. Esobvio que esta propiedad no conduce a la regulación y, por ese motivo, no se le considerará más por el momento. Por otra parte, la retroalimentación negativa trabaja hacia el restablecimiento del equilibrio. Si la temperatura es demasiado alta, el calor se reduce. La acción tomada —calentamiento— se manipula en forma negativa, de hecho, en la dirección de la variable controlada: la temperatura. Enla figura 1.1 se muestra el flujo de la información en un circuito con retroalimentación.

En este punto del desarrollo del tema, considérese que un circuito de control se va a dividir en sólo dos partes: el proceso y el controlador. Estos se distinguen con base en que el controlador es ajustable, mientras que el proceso, en general, no lo es. En la práctica real, el proceso comprende muchoselementos: válvula, tubería, bomba, depósito, dispositivo de medición, transmisor, etcétera. Sin embargó, para los fines de este análisis, se supone que todos estos elementos tienen parámetros fijos. En capítulos posteriores, se examinan con detalle las características de estos elementos; por el momento, sencillamente los elementos están amontonados en un proceso cuyas características se dan.Figura 1.1 El controlador manipula m para neutralizar la carga q y restablecer la desviación e ha cero. La ganancia del proceso se determina como la relación de un cambio en su salida, dc, al cambio en la entrada, dm, que la ocasiona:

Kpgp =

dc dm

(1.1)

en donde se manipula m para controlar c. Se hace ver que la ganancia consta de dos componentes separadas. La componente de estado...