Control de procesos industriales: variables, características y tipos de respuesta

Un sistema de control de procesos es un conjunto de funciones y operaciones que se refieren a la fabricación o procesamiento de productos industriales. Dentro de este sistema, encontramos los siguientes elementos clave:

• Variable controlada: Es la variable que deseamos mantener constante.
• Variable manipulable: Permite regular el proceso y mantiene la variable controlada constante.
• Perturbación: Es un factor que tiende a variar la variable controlada.
• Sistema de control de procesos: Regula la variable controlada cuando la perturbación la modifica.
• Controlador: Decide qué ajustes necesita el sistema.

Características del Sistema de Proceso

• Carga del proceso: Es la cantidad de agente de control necesario para mantener el proceso en una condición equilibrada.
• Retardo del proceso: Es el tiempo que tarda la variable controlada en alcanzar el nuevo valor.
• Estabilidad: Un sistema de control de procesos es estable cuando puede devolver la variable controlada a un valor de estado permanente o estable.
• Valor de referencia: Se obtiene al evaluar la información de un sensor con una referencia.

Ejemplo: Pasteurización de la Leche

En la pasteurización de la leche:

• La leche es la variable controlada.
• El vapor que circula por un tubo y transmite calor a la leche es la variable manipulable, ya que el flujo de vapor controla la temperatura de la leche.
• La temperatura ambiente es una perturbación.

Conceptos Adicionales

• Capacitancia: Es la capacidad de un sistema para almacenar una cantidad de energía o material por unidad de referencia. Por ejemplo, un gran volumen de agua tiene la capacidad de almacenar energía calorífica.
• Resistencia: La resistencia en un proceso se opone al flujo. Por ejemplo, en la pasteurización de la leche, la resistencia de los tubos de vapor ralentiza la transferencia de calor.
• Tiempo de transporte: Es el tiempo que tarda una variación en pasar de una posición a otra del proceso.
• Retardo del transductor: Se denomina así porque el propio sensor tiene una masa térmica que ralentiza la variación de temperatura del sensor.
• Retardo del control: Es el tiempo que tarda un controlador en evaluar los datos de entrada y tomar una decisión.
• Proceso estable: Es estable cuando puede devolver la variable controlada a un valor de estado permanente. Un proceso inestable hará que la variable controlada oscile alrededor del valor deseado.
• Tiempo de establecimiento: Es el tiempo que tardan las oscilaciones en desaparecer.
• Amortiguamiento: Es la fuerza que se opone a la variación de la variable manipulable.
• Amortiguamiento crítico: Aparece cuando el control es menor.
• Sobre amortiguamiento y sub amortiguamiento: Aparecen cuando el control es aún más pequeño.

Tipos de Respuesta en Sistemas de Control

• Bucle abierto: Implica una predicción de cuánta acción es necesaria: Controlador → Elemento de control final → Proceso.
• Bucle cerrado: Realiza una medida de la variable que se controla: Valor de referencia → Controlador → Elemento de control final → Proceso.