Sistemas de Control Industrial: Lazos, Simbología P&ID y Tipos de Controladores

Lazos de Control en Sistemas Industriales

1. El proceso se basa en la supervisión constante de la temperatura en la caldera por parte del operador para asegurar la producción de vapor. El operador vigila el termómetro y, dependiendo de la lectura, actúa manualmente abriendo o cerrando la válvula de gas 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 que 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 (85 ºC); para ello, se fijará en el termómetro.

5. No, no es un sistema efectivo, ya que el ser humano puede equivocarse o tardar en reaccionar; por lo tanto, el sistema está sometido a muchos errores. Para que fuese efectivo, lo automatizaría cambiando al operador por un controlador y el termómetro por un transmisor de temperatura. De este modo, el controlador recibe la señal directamente y se minimizarían los errores.

6. Para establecer un control óptimo, se deben seguir estos pasos:

• Establecer el objetivo de control: mantener la temperatura estable.
• Establecer las variables del sistema.
• Establecer la configuración del lazo: diseñar un sistema automático de lazo cerrado.
• Determinar la instrumentación necesaria y la configuración del controlador.

Simbología e Instrumentación

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

3. El Tag del instrumento es un código alfanumérico compuesto por números y letras que sirve para identificar de forma unívoca al instrumento.

Controladores y Respuesta del Sistema

1. Comparativa de tipos de control:

• A: Control Proporcional (P): Se puede observar un sobreimpulso, pero el sistema no consigue llegar al Set Point (SP). Termina estabilizándose a los 60 segundos con un error permanente por debajo del SP.
• B: Control Proporcional-Integral (PI): Esta respuesta mejora la anterior al presentar la acción integral, que es la encargada de eliminar el error de estado estacionario. Logra alcanzar el SP y estabilizarse a los 80 segundos, aunque tiene una ligera oscilación inicial debido a un tiempo integral (Ti) algo elevado.
• C: Control Proporcional-Integral-Derivativo (PID): Es la respuesta más eficiente. Gracias a la acción derivativa, el sobreimpulso se reduce y el sistema se estabiliza de forma suave a los 80 segundos. Gracias a la acción integral, se logra eliminar el error de estado estacionario, alcanzando el SP.
• D: Sistema Inestable: Es un sistema que no consigue la estabilidad; a medida que pasa el tiempo, la oscilación aumenta progresivamente.

2. Selección del controlador adecuado

La opción más adecuada sería el PI. Ante un control exhaustivo donde se necesita llegar al SP, tendríamos que elegir entre el PI y el PID. En este caso, elegiría el PI ya que llega al SP y es más económico que el PID. Consideraría elegir el PID únicamente si las oscilaciones del PI causaran un riesgo real en la seguridad o integridad del sistema de control.