Libro Control

3. CONTROL EN CASCADA
El control en cascada es una tecnica de control muy común, ventajosa y útil en las industrias
de proceso; en esta sección se presentan. sus principios e implementación mediante
dos casos prácticos. En la mayoría de los procesos se pueden encontrar ejemplos de sistemas
de control en cascada.
Ejemplo 8-3. Se considera el proceso de regeneración catalítica que aparece en lafigura
8-10. En este proceso, como su nombre lo indica, se regenera el catalizador de un
Reactor químico. El catalizador se utiliza en un reactor donde se deshidrogena un hidrocarburo;
después de un cierto período, el carbón (C) se deposita sobre el catalizador y
lo contamina; cuando esto ocurre, el catalizador pierde su actividad y se debe regenerar.
La etapa de regeneración consiste en quemar elcarbón que se deposita, para lo cual se
sopla aire caliente sobre la capa de catalizador; el oxígeno del aire reacciona con el carb6n
para formar CO2:

Después de que se quema todo el carbón, el catalizador queda listo para ser utilizado nuevamente.
Éste es un proceso por lotes, sin embargo, la quema del carbón puede tardar varias
horas.

Figura 8-10. Sistema de regeneración de catalizador-control simple por retroalimentación.
Durante el proceso de regeneración ,del catalizador una variable importante que se
debe controlar es la temperatura de la capa de catalizador, TC. Con una temperatura muy
alta se pueden destruir las propiedades del catalizador; por el contrario, con una temperatura
baja el tiempo de combustión resulta largo. La temperatura de la capa se controla
mediante el flujode combustible que llega al calentador de aire (un horno pequeño), como
se muestra en la figura 8-10; por razones de simplificación no se muestran los controles
de la razón aire combustible, y por lo mismo ~610 se muestra un sensor de temperatura,
aunque en la práctica se utilice como variable controlada un promedio de temperatura o
la temperatura más alta en la capa. En la sección 8-5 aparece unejemplo donde se elige la
temperatura más alta como variable controlada.
A pesar de que el esquema de control mostrado en la figura 8-10 funciona, se debe
reconocer que existen varios retardos de sistema en serie. En el calentador mismo se presentan
retardos tales como los de la cámara de combustión y los de los tubos. En el regenerador
puede haber una cantidad significativa de retardos en funcióndel volumen y las
propiedades del catalizador. Todos estos retardos del sistema dan lugar a un circuito de
control por retroalimentación lento (constantes de tiempo grandes y tiempo muerto).
Si se supone que al calentador entra una perturbación tal como un cambio en la temperatura
del aire que entra o un cambio en la eficiencia de la combusti6n, la temperatura
con que sale el aire del calentador,TH, se afecta con cualquiera de estas perturbaciones.-
Al haber un cambio en TH, eventualmente se tiene como resultado un cambio en la temperatura
de la capa del catalizador. Con tantos retardos en el sistema, transcurre un tiempo
considerable para que en el circuito de control se detecte un cambio en Tc. A causa de
dichos retardos, en el circuito simple de control de temperatura se tenderá asobrecompensar,
de lo cual resulta un control ineficiente, cíclico y en general lento.
Un mejor método o estrategia de control es aplicar un sistema de control en cascada,
como el que se muestra en la figura 8- ll. En este esquema de control se mide la temperatura
TH y se utiliza como una variable controlada intermedia; por lo tanto, el sistema consta
de dos sensores, dos transmisores, doscontroladores y un elemento final de control; de
esta instrumentación resultan dos circuitos de control. Con uno de ellos se controla la temperatura
con que sale el aire del calentador, TH; con el otro se controla la temperatura de
la capa de catalizador, Tc. De las dos variables controladas, la temperatura de la capa
de catalizador es la más importante; la temperatura de salida del calentador ~610 se...