Capacidad, Capacitancia y Control en Sistemas Industriales

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Capacidad vs. Capacitancia

Capacidad: Cantidad máxima de material o energía que podemos almacenar.

Capacitancia: Indica cuánto varía la cantidad de material o energía almacenada al cambiar una unidad la variable de referencia. Dos elementos de igual capacidad pueden tener distinta capacitancia. La capacidad hace referencia al volumen y la capacitancia a la constante de tiempo.

Rol de la Capacitancia

Una gran capacitancia es ideal frente a cambios en la carga, pero perjudicial para la función de control. Esto significa que el proceso es poco sensible a las perturbaciones. Por lo tanto, la capacitancia afecta el atraso de la función de control, luego una capacitancia tiene un efecto inercial.

Rol de la Capacidad

La capacidad atenúa las perturbaciones, porque la variable controlada cambiará más lentamente cuanto más grande sea el elemento en comparación con los flujos. La capacidad interviene en el dimensionamiento de tanques, y la capacitancia debe tenerse en cuenta al concebir la función de control. Por esta razón se aconseja diseñar la función de control a la vez que se concibe un tanque, adaptando la capacitancia a las dimensiones elegidas.

Controladores LIC y FIC

LIC (Controlador de Nivel)

Acción directa: Un aumento en el nivel del tanque debe evacuarse líquido de forma más rápida y si decrece el nivel, queremos que bombee de forma más lenta.

FIC (Controlador de Flujo)

Acción inversa: Si baja el flujo de salida, queremos que la bomba bombee más rápido. El proceso consiste en un tanque al que se le introduce líquido a la vez que es expulsado por otra zona del tanque. Se quiere controlar que el flujo de salida sea constante, a través de una bomba que permite la evacuación y al mismo tiempo se quiere mantener el nivel dentro del tanque, entre dos valores, por lo que si se sale del rango queremos que la bomba saque más líquido o lo retenga.

Modos de Control: Auto Local y Auto Remoto

El modo auto local se refiere a que el operario tiene acceso a la consigna. El modo auto remoto se refiere a que el set point está controlado por otro controlador y el operario no tiene influencia en él. Como aplicación de estos modos nos podemos referir al control en cascada donde el controlador primario está en modo auto local ya que se puede modificar el setpoint mientras que el controlador secundario está controlado por la salida del controlador principal, modo auto remoto.

Banda Proporcional y Bias del Controlador

La banda proporcional es el porcentaje necesario de la desviación medida con setpoint fijo, que obtiene una salida del 100% en la variable manipulada. Cambio porcentual en la medida para un punto de consigna fijo necesario, para causar un cambio del 100% en la salida: pb = 100% / kc. El bias del controlador es la salida del controlador cuando el error es nulo, está normalmente fijado por el fabricante y suele ser 50%. Estos dos conceptos hacen referencia al controlador proporcional.

Proceso Autorregulado vs. No Autorregulado

La no autorregulación es una propiedad de los elementos de capacidad que expresa la ausencia de una regulación natural. En un elemento no autorregulado, la variable controlada crece o decrece indefinidamente al cambiar una o varias magnitudes que influyen en ella. La salida no se va a autorregular.

Autorregulación: Propiedad que expresa la capacidad de un proceso para alcanzar un régimen permanente, de una forma natural, al cambiar una o varias magnitudes que influyen en la variable controlada. La regulación automática (que es una característica de las variables ambientales) sirve para asegurarse de que el estado permanente alcanzado sea el deseado y se consiga en el tiempo necesario.

Ganancia Estática y Constante de Tiempo

Ganancia estática es una característica estática de un controlador (kp) y representa lo que varía la amplitud de la salida respecto a la de la entrada.

La constante de tiempo (τ) nos da una idea de la rapidez de respuesta del sistema, representa el tiempo que transcurre desde que se aplica un escalón en la entrada hasta que la variable de salida alcanza el 63% de su valor, es una característica dinámica.

Controlador Interactivo vs. No Interactivo

Un controlador interactivo es un regulador relacionado con otro controlador. Uno no interactivo es aquel que es independiente de otros. Existe interacción entre controladores feedforward y controlador realimentado, ambos interaccionan para decidir la salida que va hacia el elemento final de control. El controlador realimentado depende de lo que le indique el controlador feedforward.

Set Point Tracking y Bumpless Transfer

Los reguladores actuales tienen una estación manual/automática para la transferencia manual/auto, para evitar saltos bruscos cuando interviene la parte integral (bumpless transfer). Cuando nos encontramos en modo manual se realizará un equilibrado previo haciendo, por ejemplo, que el setpoint siga a la variable de proceso (PV tracking).

Variable Controlada vs. Variable Manipulada

Las variables controladas o de proceso son variables que se miden, cuyas medidas se usan para determinar los valores precisos en cada momento de las correspondientes variables de control.

Las variables manipuladas son aquellas que pueden ser manipuladas, directa o indirectamente por un operario o un sistema de control automático.

Seguimiento vs. Regulación

Son las dos formas de control de un sistema realimentado.

En seguimiento se cambia el valor de la consigna y eso produce un error que origina una modificación de la salida del controlador, por eso cambia el valor de la variable controlada.

En regulación el set point no se modifica, pero hay una perturbación que modifica el valor de la variable controlada. El nuevo valor es captado por el sensor y después se compara con el SP para determinar el error y se modifica el valor de la variable manipulada. Esta operación se repite constantemente hasta eliminar el error.

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