Sistemas de Control Industrial: Funcionamiento de Lazos y Controladores PID

Lazos de Control en Procesos Industriales

1. El proceso se basa en la supervisión constante de la temperatura de la caldera por parte del operador para asegurar la producción de vapor. El operador vigila el termómetro y, dependiendo de la lectura, actúa manualmente sobre la válvula de gas, abriendo o cerrando para ajustar la temperatura según sea necesario.

2. Sí, existe un control, aunque de tipo manual. El operador actúa como controlador: observa el termómetro y, basándose en esa información, regula el flujo de gas para mantener el proceso bajo los parámetros deseados.

4. Lo que ocurre es que la temperatura ha sobrepasado el valor de consigna; por lo tanto, hay un exceso de temperatura en la caldera. Para solucionarlo, el operador debe actuar cerrando la válvula de gas para así reducir la temperatura hasta que vuelva al valor de consigna, para lo cual se fijará en el termómetro.

5. No es un sistema efectivo, ya que el ser humano se puede equivocar o tardar en reaccionar; por lo tanto, está sometido a muchos errores. Para que fuese efectivo, lo automatizaría cambiando al operador por un controlador y al termómetro por un transmisor; así, el controlador recibiría la información directamente y no fallaría tanto.

6. Sí. Los pasos para la automatización serían:

• 1) Establecer el objetivo de control: Mantener la temperatura estable.
• 2) Establecer las variables del sistema:
  • Variable manipulada: Flujo de gas.
  • Variable controlada: La temperatura.
• 3) Establecer la configuración del lazo: Diseñar un sistema automático de lazo cerrado.
• 4) Instrumentación necesaria: Instalar un transmisor de temperatura.
• 5) Configurar el controlador.

Simbología e Instrumentación

1. Se representa en los P&ID (Piping and Instrumentation Diagram), que son los planos donde se representa toda la información del proceso. Muestra cómo están conectadas las líneas, los equipos existentes, los instrumentos y los lazos de control.

3. El tag es un código alfanumérico de letras y números que sirve para identificar al instrumento. Por ejemplo: TIC-101, donde la T es de temperatura, la I de indicador, la C de controlador y 101 es el número del lazo.

Comportamiento de los Controladores

1. Tipos de Acciones de Control

A. Proporcional (P): Se puede observar un sobreimpulso, pero el sistema no consigue alcanzar el Set Point. Termina estabilizándose a los 60 segundos con un error permanente por debajo del punto de consigna.

B. Proporcional-Integral (PI): Esta acción mejora la anterior al presentar la acción integral, que es la que logra eliminar el error de estado estacionario. Consigue estabilizarse a los 100 segundos aproximadamente, aunque tiene una ligera oscilación inicial debido a un Ti (tiempo integral) algo elevado.

C. Proporcional-Integral-Derivativo (PID): Es la respuesta más eficiente. Gracias a la acción integral y a la acción derivativa, se elimina el error permanente, se reduce el sobreimpulso y el sistema se estabiliza de forma suave a los 80 segundos.

D. Sistema Inestable: Es un sistema marginalmente estable que no consigue la estabilidad. Es un sistema no amortiguado con oscilación perpetua; a medida que pasa el tiempo, la oscilación aumenta.

2. Selección del Controlador Óptimo

La opción más adecuada sería el PI. Ante un control exhaustivo en el que necesitamos llegar al Set Point, tendríamos que elegir entre el PI y el PID. En este caso, el más adecuado sería el PI, ya que consigue llegar al Set Point y es más económico que el PID. Consideraría elegir un PID solo si las oscilaciones del PI representaran un riesgo para el proceso de control; por lo tanto, bajo criterios de eficiencia y coste, lo más recomendable sería el PI.