Introducción a los controles industriales en los procesos térmicos (III)

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La decisión de los controles automáticos depende de varios factores, tales como el coste, la disponibilidad de personal y otros más. También es importante considerar parámetros como la seguridad, estabilidad y exactitud.

En general hay tres factores importantes a tener en cuenta cuando se estudia una aplicación y la fuente de energía requerida:

·         Cambios en la carga.

·         Si el valor de consigna es crítico o no crítico.

·         Si el valor de consigna tiene que variar.

Para seleccionar la válvula de control correcta, se requieren detalles de la aplicación y el proceso. Por ejemplo:

·       Características de seguridad. Por ejemplo, que ocurre si falla la apertura o cierre de la válvula ante un fallo de energía.

·        Propiedad que será controlada. Por ejemplo temperatura, presión, nivel o caudal.

·        ¿Cuál es el medio y sus propiedades físicas?

·        ¿Cuál es la presión diferencial a través de una válvula de control a través del rango de carga?

·         ¿Cuáles son los materiales de las válvulas y conexiones terminales?

·         ¿Qué proceso se está controlando? Por ejemplo, un intercambiador de calor.

·         ¿Si se controla la temperatura, el  valor de consigna será fijo o variable?

·         ¿La carga es estacionaria o variable? Si es variable, cual es la escala de tiempo en el cambio. ¿Rápida o lenta?

·         ¿Es crítica la temperatura que debe mantenerse?

·         ¿Se requiere un bucle simple o multi-bucle?

·         ¿Qué otras funciones van a controlarse? Por ejemplo, en un sistema de calefacción se controla la temperatura pero también se añade una protección frente a heladas.

·         ¿Es la planta o proceso un área peligrosa?

·         ¿La atmósfera o ambiente es corrosiva por su naturaleza?

·         ¿Qué disponibilidad de energía tendremos, por ejemplo electricidad o aire comprimido, y qué voltaje o presión?

Energía de actuación

Esta es la fuente de energía con la que operan el control, la válvula u otro dispositivo controlado. Usualmente será electricidad, o aire comprimido por un sistema neumático controlado. Usualmente será la electricidad, o aire comprimido en un sistema neumático, o una mezcla de ambos en un sistema electro neumático. Los sistemas autoactuantes no requieren un medio de energía externo para operar; generalmente operan con su propia forma de energía a partir de un sistema de presión de vapor o hidráulico.

Veamos las características de cada uno de ellos:

Controles autoactuantes – Ventajas

·       Robustos, simples y tolerante a condiciones ambientales adversas.

·       Fáciles de instalar y poner en servicio.

·       Proporcionan control proporcional en un amplio rango de condiciones de funcionamiento.

·       Los controles pueden obtenerse con fallo-abierto o fallo-cerrado en el evento de un rebasamiento inaceptable en la temperatura.

·        Son seguros en áreas peligrosas.

·         Mantenimiento prácticamente gratuito.

Controles autoactuantes – desventajas

·       Los controles auto-actuantes pueden ser relativamente lentos de reacción, y no proporcionan funciones de control integral y derivativo.

·        No pueden transmitirse los datos.

Controles neumáticos – ventajas

·        Robustos.

·        Operan muy rápidamente, siendo convenientes para procesos donde las variables de proceso cambian rápidamente.

·        Los actuadores pueden proporcionar una alta fuerza de cierre o apertura para operar válvulas contra altas presiones diferenciales.

·        El uso de posicionadores de válvulas asegurará controles exactos y repetibles.

·         Los controles neumáticos puros son inherentemente seguros y los actuadores proporcionan una operación uniforme.

·        Pueden disponerse para proporcionar una operación de fallo-abierto o fallo-cerrado sin coste o dificultad adicional.

Controles neumáticos – desventajas

·       Un sistema de aire comprimido necesariamente puede ser costoso de instalar.

·        Se requiere un mantenimiento regular del sistema de aire comprimido.

·        El modo de control básico está disponible en combinaciones on/off y proporcional de P+I y P+I+D, pero usualmente el coste es mayor que en los sistemas de control electrónicos equivalentes.

·        La instalación y puesta en servicio es sencilla y de naturaleza mecánica.

Controles eléctricos – ventajas

·         Alta exactitud en posicionamiento.

·        Los controladores están disponibles para proporcional una alta versatilidad con combinaciones on-off o P+I+D del modo de control, en salidas multi-función.

Controles eléctricos – Desventajas

·       Las válvulas eléctricas operan de una forma relativamente lenta, lo cual significa que no son siempre convenientes para unos parámetros de proceso cambiantes tales como el control de la presión en cargas que cambian rápidamente.

·        La instalación y puesta en servicio implica trabajos eléctricos y mecánicos.

·        Los actuadores eléctricos tienden a ser menos uniformes que sus equivalentes neumáticos. Los actuadores de retorno de resorte se requieren con funciones de fallo abierto o fallo cerrado. Esto hace que se reduzca la fuerza disponible y aumentan los costes.

Controles electroneumáticos – ventajas

·       Los controles electroneumáticos pueden combinar las mejores características de los controles neumáticos y electrónicos. Tales sistemas pueden consistir en válvulas actuadas neumáticamente, controladores eléctricos/electrónicos, sistemas de sensores y control, más posicionadores o convertidores electroneumáticos.

·       Esta combinación proporciona la fuerza y operación uniforme de una válvula/actuador neumática con la velocidad y exactitud de un sistema de control electrónico.

Controles electroneumáticos - desventajas

Se requiere un suministro de aire comprimido y electricidad.

Bibliografía:

·         An introduction to controls. Spirax sarco.

·         Basic control theory. Spirax sarco.

·         Control Loops and Dynamics. Spirax sarco.

·         Choice and selection of controls. Spirax sarco.

·         Installation and Commissioning. Spirax sarco.

·         Computers in control. Spirax sarco.