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26/8/2014

El problema de Offset en controladores proporcionales: un análisis detallado

El problema de Offset en controladores
proporcionales: un análisis detallado
Publicado por José Carlos Villajulca
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La principal limitación del control
proporcional semuestra cuando se
realizan cambios de setpoint y cambios
en carga del proceso. Una “carga” en
un proceso controlado es cualquier
variable sujeta a cambios que tiene
impacto o influencia en la variable que
está siendo controlada (la variable de
proceso),
pero
no
está
siendo
“corregida” o controlada (por el controlador :D). En otras palabras, una
“carga” es cualquier variable en el procesoque no podemos o no estamos
controlando, y que tiene un efecto en la variable que sí estamos
intentando controlar.

En nuestro hipotético intercambiador de calor, la temperatura del fluido de proceso de entrada
es un ejemplo de “carga”:http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-control-pid-practico/item/365-el-problema-de-offset-en-controladores-proporcionales…

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El problema de Offset en controladores proporcionales: un análisis detallado

Si la temperatura de fluido de entrada disminuyera repentinamente, el efecto inmediato en el
proceso sería la disminución de la temperatura del flujo de salida (la cual estamos tratando de
mantener en un valor estable). Entonces tiene mucho sentido decir (con mayor detalle) que la
entradade fluido frio requiere más entrada de vapor en casco del intercambiador y mantener a
la misma temperatura la salida como antes. Si la entrada de vapor en el caso se mantiene (al
menos en el futuro inmediato), el flujo frio en la entrada debe hacer que el flujo de salida también
resulte más frío que antes. Por tanto, la temperatura de alimentación entrante tiene un impacto
en la temperatura desalida los queramos o no, y el sistema de control no tiene la manera de
regular cuan caliente o frio esta el fluido de proceso antes de ingresar al intercambiador de calor.
Esto es precisamente la definición de un “carga” (load).
Por supuesto, el trabajo del controlador es contrarrestar cualquier tendencia en la temperatura
de salida y mantenerla en el setpoint indicado, pero como veremospronto esto no puede ser
logrado a perfección solo con un control proporcional.
Analicemos con cuidado el escenario cuando la temperatura disminuye repentinamente para ver
como un controlador proporcional respondería. Imaginemos que antes de esta repentina caída
de temperatura en la entrada, el controlador estaba controlando la temperatura de salida
exactamente en el setpoint configurado (SP =PV) y que todo estaba estable. Recordemos que la
ecuación de un controlador proporcional es:
http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/automatizacion/curso-control-pid-practico/item/365-el-problema-de-offset-en-controladores-proporcionales…

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El problema de Offset en controladores proporcionales: un análisis detallado

m = Kp * e + b
Donde:
m = Salida decontrolador
e = Error (diferencia entre PV y SP)
Kp = Ganancia proporcional
b = Bias
Sabemos que una disminución de la temperatura de entrada resultará una disminución de la
salida de temperatura. De la ecuación podemos ver que una disminución de la variable de
proceso (PV) causará que el valor salida en la ecuación del controlador proporcional se
incrementara. Esto significa que la válvula decontrol de vapor se abrirá ampliamente, dejando
pasar más vapor caliente dentro del intercambiador de calor. Todo esto es bueno, como
esperaríamos el controlador llama a mas vapor acorde con la caída de temperatura en la salida.
Pero esta acción, será suficiente para llevar la temperatura de salida de regreso al setpoint
donde estuvo antes del cambio de carga? Desafortunadamente NO.
Miremos...