lunes, 29 de septiembre de 2025
jueves, 25 de septiembre de 2025
01f.- Sistemas de Control - Prueba Corta - 1er parcial(2026-I) - Solución del Profesor
En el diagrama anexo se detalla como es tratada las aguas residuales de la planta de servicios industriales de la Refinería Cardón de forma de purificarla y posteriormente extraerle la mayor cantidad de 02 de manera de que genere la mayor cantidad de vapor posible.
Inicialmente las aguas residuales son mezcladas con cloro a baja concentración (5%) en un Mixer (Mezclador). Al mezclador deben entrar una parte de cloro por once partes de agua residual. Una vez en el mezclador se eleva la temperatura haciendo pasar el producto a través del horno f-501 y recirculándolo al mixer. El operador debe tener sumo cuidado que el Mixer no se quede vacío.
Una vez se hayan integrado el cloro con las aguas residuales a altas temperaturas son almacenadas en el tanque de techo flotante T-503 en donde se produce la desaireación por acción del enfriamiento del agua con cloro. Esa agua posteriormente es bombeada a la caldera de forma de producir el vapor de agua requerido para las turbinas. Es importante saber que la caldera siempre debe operar con alimentación de agua de lo contrario se dañarían las paredes de la caldera.
1.- Determine la acción de control de cada controlador maestro (R=Reverso – D=Directo):
LC1____ LC2___ PC1____
2.- Determine que algoritmo corresponde a FY1. Argumente su respuesta.
3.- Determine que algoritmo corresponde a FY3. Argumente su respuesta.
4.- En el dibujo ubique las normalizaciones (Fy4, fy5, etc) y coloque la ecuación de cada una de ellas en la parte baja del dibujo.
5.- ¿El esquema presentado inicialmente presenta algún error?, de ser así indique cual es el error y como se corregiría.
SOLUCIÓN
1.- Determine la acción de control de cada controlador (R=Reverso – D=Directo):
LC1 Rev LC2 Dir PC1 Dir
2.- Determine que algoritmo corresponde a FY1. Argumente su respuesta.
No ejecuta ninguna ecuación. No es selector, no es inversor y no puede manejar una relación porque afectaría la bomba. Tampoco determina la relación
Cloro vs agua, el algoritmo debe ser eliminado del esquema.
3.- Determine que algoritmo corresponde a FY3. Argumente su respuesta.
Es un selector de alta (>), dado que se debe impedir que la caldera trabaje con poca agua o lo que es lo mismo permitir que trabaje con niveles altos de agua.
4.- En el dibujo ubique las normalizaciones (Fy4, fy5, etc.) y coloque la ecuación de cada una de ellas en la parte baja del dibujo.
Resp.
FY4: En la línea que pone el set point del FC1 exactamente después de la bifurcación
sal=ent*(30-0)/(100-0)=> Sal=ent*0.3
FY5: En la línea que pone el set point del FC2 después de la bifurcación
sal=ent*(330-0)/(100-0)=> Sal=ent*3.3
FY6: En la línea del SP del FC3=> Sal=ent*(180-0)/(100-0)=> Sal = ent*1.8
FY7: Entre el FY2 y el FC4 => Sal=ent*(180-0)/(100-0)=> Sal = ent*1.8
FY8: Entre el sp del fc5 y la bifurcación previa =>
Sal = ent*(300-0)/(100-0)=> Sal=ent*3
5.- El esquema presentado inicialmente contiene algún error?, de ser así indique cual es el error y como se corregiría.
Hay 3 errores:
(1ro) Si, aparece un algoritmo FY1 que no es requerido. Ver respuesta pregunta 2. Acción: Eliminarlo
(2do) El esquema no presenta un inversor requerido. Acción se debe colocar un Inversor después de la bifurcación a la salida del LC1 y antes de la bifurcación previa al set point del FC3
(3ro) La ecuación del del FY2 es incorrecta. Acción: Cambiar a Salida=100-Entrada.
Éxito!!!
martes, 23 de septiembre de 2025
01d.- Sistemas de Control - Normalización - Semestre 2026-I
Normalización
Los esquemas en cascada requieren que un controlador maestro le escriba el Set Point (SP) a un controlador esclavo, el problema es que la salida de un controlador opera en el rango de 0 - 100% o inferior, mientras que el set point de los controladores esclavos se trabaja en unidades de ingeniería al igual que las PV, por lo tanto debemos incluir al esquema un algoritmo que ejecute la conversión de rangos. En la nomenclatura ISA (Industry Standard Architecture) las siglas que se utilizan para los cálculos matemáticos corresponde a las letras "FY".
Veamos el caso de que necesitemos cambiar de rango de 0-100% a 70-150 gpm (galones por minuto)
Cuando tenemos que cambiar de rango se aplica la ecuación universal de normalización:
E= Entrada (Valor que vamos a cambiar de rango)
S= Salida (Valor con rango cambiado)
VMaxE= Rango máximo de la Entrada
VMinE= Rango mínimo de la Entrada
VMaxS= Rango máximo de la Salida
VMinS= Rango mínimo de la Salida
La ecuación establece lo siguiente:
para nuestro ejemplo
Revisemos los valores:
Veamos el esquema del horno y trabajemos en Unidades de Ingeniería. Supongamos que la temperatura opera de 0-700 cent y el flujo de gasoil opera en el rango de 10 a 66 gpm. El SP y la PV del controlador de temperatura opera en el rango de 0-700 cent. pero la salido del TIC presenta un rango de 0-100%, esto dado que es el estándar de todos los controladores.
La salida del TIC se conecta con los SP de los dos FIC pero a esos controladores no les sirve una señal que trabaja en el rango de 0 a 100%, necesitamos convertir el valor a uno equivalente en el rango de 10 a 66 gpm. Revisemos esto gráficamente:
En consecuencia entre la salida del TIC y los SP de los dos FIC debemos colocar una ecuación de Normalización que cambie el rango de 0-100% a el rango de 10-66 gpm, basado en los rangos podemos determinar la ecuación:
Salida= [(Entrada-0)% * (66-10)gpm/(100-0)%] + 10 gpm =>
Salida = Entrada*0.56 + 10
Modifiquemos el esquema para incorporar la normalización:
01c.- Sistemas de Control - Literatura de Referencia
Enlaces de descarga de la literatura recomendada:
Ingeniería de Control Moderna – Katsuhiko Ogata – 7ma Edición
Instrumentación Industrial – Antonio Creus – 8va Edición
Sistemas de Control Automático – Benjamín Kuo - 7ma Edición
Éxito.
miércoles, 17 de septiembre de 2025
01b.- Sistemas de Control - Esquemas de Control - (2025 - II) - Parte 2 de 2
Cuando la combustión se produce en una cámara hermética como es el caso de los Hornos industriales se necesita mantener la cámara oxigenada para garantizar la combustión, la relación entre Oxigeno y Combustible la determina el ingeniero químico o el ingeniero de procesos de la planta.
La idea es que el proceso de combustión se ejecute de la forma más eficiente posible. Si NO hay oxigeno, por mas que quemes combustible no hay llama y lo que se produce es una explosión. En consecuencia nuestro esquema de control debe garantizar una relación de oxigeno y combustible esta relación produce una perfecta llama azul. Adicionalmente en caso de cualquier falla es necesario inundar la cámara de oxigeno y minimizar combustible de la cámara para evitar cualquier posibilidad de accidente.
Pensemos que el ingeniero químico o de proceso nos dice que la relación entre el oxigeno y el combustible de 1.2 o sea por cada unidad de combustible yo debería suministrar 1.2 unidades de oxigeno. nuestro esquema cambiaria de la siguiente forma:
El FY es un algoritmo multiplicador, él le pide al FIC de Oxigeno 1.2 veces lo que se le solicita al de Gasoil.
Como se aprecia un aumento del caudal de Oxigeno obligaría al FIC2 a cerrar la válvula, para que esto ocurra el FIC2 aumenta su salida de forma de cerrar la válvula, por lo tanto el FIC2 es Directo.
Ahora debemos verificar que el esquema trabaja completamente, esto es que los dos controlares esclavos (FIC1 y FIC2) respondan apropiadamente del maestro (TIC). Probemos el escenario, asumamos que la temperatura esta por encima de la deseada nuestro esquema debería cerrar la válvula de gasoil y la de oxigeno. Verifiquemos si esto se produce:
Como se aprecia el esquema opera apropiadamente, el aumento de la temperatura a la salida del horno genera un cierre de las válvulas de aire y de combustible.
Para ver un resumen de la explicación dada por el profesor en la clase anterior acceda a los siguientes enlaces.
Resumen de la clase de control de horno industrial
Sistema de control de Nivel (Sala de Control)
Sistema de control de Horno (Sala de Control)
El siguiente enlace corresponde a una demostración del funcionamiento del esquema de control de del proceso de craqueo estudiado en clase.
de control Saturado - Torre de Craqueo
por favor analícenlo y cualquier consulta me la hacen llegar por el grupo "Whatsapp" o en la próxima clase. Recuerden el control de temperatura es Reverso y el de Presión Diferencial es "Directo".
Éxito.
martes, 16 de septiembre de 2025
01a.- Sistemas de Control - Esquemas de Control - (2025 - II) - Parte 1 de 2
DEFINICIONES
Valor Deseado – Set Point = Valor al cual uno quiere se coloque la variable de Proceso. Su rango es en Unidades de ingeniería (Gpm, Cent, PSI, etc).
Variable de Proceso (PV) = Valor leído del proceso (Desde un transmisor) que generalmente se desea aproximar al valor deseado.
Salida – Output = Acción reguladora, generalmente dirigida a un elemento final de control (Válvula, Damper, variador de frecuencia, etc.) su rango es de 0 a 100%
Error = Diferencia entre la PV y SP.
Un controlador es un algoritmo que reside en un equipo Controlador y según sea la diferencia entre la variable de proceso (pv) y el valor deseado (sp) ejecuta un ajuste en la salida. (La aumenta o la disminuye)
Elemento final de control: Son los elementos del proceso en donde actúa nuestro controlador, los más típicos son las válvulas. Existen dos tipos de válvulas:
ATO = Air to open (aire para abrir) – Controlador le suministra aire para que abra. En caso de que algo falle esta válvula se cerrara.
ATC = Air to close (aire para cerrar) – Controlador le suministra aire para que cierre. En caso de que algo falle esta válvula se abrira.
ACCIÓN DE CONTROL
Un controlador puede comportarse de dos formas: Reversa o Directa, el ingeniero de control le define por software como operará el controlador y esto depende del elemento final del de control y del proceso.
El comportamiento se basa en lo siguiente:
Directo
Si la PV esta por debajo del SP la salida disminuye
Si la PV esta por encima del SP la salida aumenta
En signos esto se puede expresar de esta forma:
PV SP Output
+ - +
(por encima del Sp) (Por debajo de la PV) Aumenta
- + -
(por debajo del Sp) (Por encima de la PV) Disminuye
Reverso
Si la PV esta por debajo del SP la salida aumenta
Si la PV esta por encima del SP la salida disminuye
En signos esto se puede expresar de esta forma:
PV SP Output
+ - -
(por encima del Sp) (Por debajo de la PV) Disminuye
- + +
(por debajo del Sp) (Por encima de la PV) Aumenta
Los ingenieros de control según el proceso determinan el elemento final de control a instalar (Válvula ATO, Válvula ATC, Damper, variador de frecuencia, etc), posteriormente se determina la acción de control de los controladores.
Veamos el primer ejemplo:
El primer paso es determinar según el proceso cual es la válvula a emplear. En nuestro ejemplo debemos evitar que el tanque se vacíe dado que es agua para incendio en consecuencia la válvula a incorporar es del tipo ATC. En caso de cualquier falla esta válvula se abrirá y esto evitara que se vacíe el tanque, ya que al abrirse mantendría la alimentación de agua al tanque.
Posteriormente determinamos la acción de control del LIC, para esto asumimos que el nivel sube por encima del SP, en caso de que esto ocurra la válvula debería cerrarse, en consecuencia deberíamos suministrarle aire.
Como pueden ver en la grafica cuando la PV aumenta la salida del LC aumenta este comportamiento corresponde a un controlador Directo.
Veamos el mismo ejemplo controlando la válvula a la descarga:
Nuevamente el primer paso es determinar según el proceso cual es la válvula a emplear. En nuestro ejemplo debemos evitar que el tanque se vacíe en consecuencia la válvula a incorporar es del tipo ATO. En caso de cualquier falla esta válvula se cerraría y esto evitara que se vacíe el tanque, ya que en caso de falla la válvula se cerraría y esto aumentaría el nivel al máximo.
Posteriormente determinamos la acción de control del LIC, para esto asumimos que el nivel sube por encima del SP, en caso de que esto ocurra la válvula debería abrirse para desalojar agua y así el nivel alcanzar el valor deseado, en consecuencia deberíamos enviarle aire a la válvula, al enviarle aire a una válvula ATO la misma se abre.
Como pueden ver en la grafica cuando la PV aumenta la salida aumenta este comportamiento corresponde a un controlador Directo igual que en el ejemplo anterior.
Un sistema puede intentar controlar dos variables de proceso, en este caso aplica un control en cascada, un controlador le coloca el SP a otro. Veamos un ejemplo de este tipo. Imaginemos que el caudal a la entrada del tanque NO es constante, el mismo varia, ciertos instantes es bajo y para otros momentos es alto, se requiere abrir la válvula cuando el caudal disminuya y cerrarla cuando el caudal aumente. El ingeniero de control implementa un esquema en cascada entre el controlador de nivel (LIC) y un nuevo controlador de flujo (FIC), tal como se muestra en la grafica.
Para determinar el tipo de Válvula se aplica el mismo criterio que aplicamos en el esquema simple, "La prioridad es que el tanque no se vacíe" en consecuencia para cualquier falla la válvula debe abrirse. Las Válvulas que al fallar se abren son las del tipo ATC (Air to Close - Aire para cerrar).
Para determinar las acciones de Control existen varias técnicas, el profesor recomienda determinar primero la acción de control del controlador esclavo, el controlador esclavo es el que esta conectado a la válvula y solo responde a la variable que controla, para nuestro ejemplo el esclavo es el controlador de flujo. En consecuencia, si el flujo aumenta la válvula debe cerrar, si el flujo disminuye la válvula debe abrir. Enfoquémonos en un solo escenario, "El flujo aumenta", si esto llega a ocurrir se debe cerrar la válvula, para cerrar la válvula aumentamos el suministro de aire, por lo tanto:
En consecuencia el FIC debe trabajar en modo "DIRECTO".
Posteriormente se plantea una hipótesis para el controlador maestro (Por ejemplo acción Directa) y se verifica el esquema, si el esquema funciona entonces acertamos con la acción del controlador maestro, de lo contrario es la acción opuesta.
Recordemos, si el nivel aumenta por encima del deseado debemos cerrar la válvula, a partir de este criterio probemos con el LIC con acción "Directa" para ver si nuestro sistema responde como esperamos.
Hipótesis:
Verificamos el recorrido (Color Azul) para ver si se cumple que al aumentar el nivel se cierra la válvula.
Como se aprecia si colocamos el controlador maestro en Directo y aumenta el nivel la válvula en vez de cerrarse se abre y eso es contrario a lo que deseamos, por lo tanto, la acción de control es incorrecta. La acción de control debe ser REVERSA. Colocamos el controlador en Reversa y verificamos el recorrido nuevamente.
Como se aprecia al subir el nivel la válvula de entrada se cierra como estaba planteado en la hipótesis.
En clase se estudió este mismo esquema pero controlando una válvula a la descarga del tanque, en vez de a la alimentación del mismo, se recomienda a los estudiantes hacer el ejercicio de forma individual y compararlo con lo que presentó el profesor (Solución: Válvula tipo ATO, Controlador FIC con acción Reversa y controlador LIC con acción Directa).
Veamos otro ejemplo de un control en cascada, en este caso estudiemos el control de combustión de un Horno industrial:
La variable a Controlar es la temperatura a la salida del Horno, la variable a manipular es el flujo (caudal de gasoil) a la cámara de combustión del horno. Nuevamente el primer paso es determinar según el proceso cual es la válvula a emplear. En nuestro ejemplo debemos evitar que la cámara de combustión se inunde de gasoil, si esto ocurre con los quemadores apagados, al encenderlos podría producirse una explosión.
En caso de cualquier falla la válvula debería cerrarse y esto evitaría que se inunde la cámara de gasoil, en consecuencia la válvula debería ser ATO (falla cerrada).
En los esquemas en cascada se determina primero la acción de control del controlador esclavo. El controlador esclavo es el que esta mas cercano a la válvula en este caso es el FIC. para esto asumimos que el flujo disminuye, de ser así debemos abrir la válvula para compensar. Como nuestra válvula es ATO, debemos suministrar aire.
Como se aprecia en la grafica el FIC es reverso, disminuye la PV produce un aumento de la salida.
Para la determinar la acción del TIC se establece una hipótesis y se verifica, de fallar la comprobación cambiamos la hipótesis y verificamos nuevamente.
Nuestra hipótesis será que el TIC es Directo.
Ahora revisemos el caso de que la temperatura aumente por encima del valor deseado al final el esquema debería cerrar la válvula.
Actividad NRO. 1
Determine el tipo de la válvula (ATO/ATC) y la acción de control (Rev / Dir) de los controladores del siguiente esquema:
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