3.1: Sistemas de Control - Dispositivos de Medición

Sistemas de Control: Aplicaciones Industriales

Muchos sistemas de control se utilizan hoy en día en una gran cantidad de industrias que consisten en aplicaciones de todo tipo. El factor común de todos los tipos de control es mantener un resultado deseado que pueda cambiar durante una reacción o proceso químico. El tipo de control más común utilizado hoy en día en la industria es un controlador PID (proporcional, integral, derivado), que permite al operador aplicar diferentes técnicas de control que pueden ser utilizadas para lograr diferentes ajustes en un experimento o proceso. Un controlador PID se puede utilizar en dos mecanismos de control principales que incluyen retroalimentación y avance. El propósito de este artículo es proporcionar ejemplos de sistemas comunes de control industrial que aplican diferentes arquitecturas de control.

Control de temperatura: Termopar

Un termopar es un dispositivo para medir y controlar la temperatura dentro de un sistema. Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones industriales (turbinas de gas, reactores químicos, escape, fabricación química, etc.) debido a su bajo costo y portabilidad. El principio fundamental de funcionamiento para las operaciones de termopar es el efecto Seebeck. En su mayoría, los termopares operan en un modo de control P o PID. Para medir la temperatura entre dos puntos, el termopar emplea dos extremos metálicos (hechos de diferentes aleaciones). Cuando los dos extremos del conductor están expuestos a un gradiente térmico, generan una tensión entre ellos. Esta caída de voltaje da lugar a la salida de medición de temperatura que proporciona un termopar. Dependiendo de los tipos de aleaciones en ambos extremos conductores, y la magnitud del gradiente térmico, los termopares pueden medir diferencias de temperatura entre 1-23000C. Pueden operar en bucles de retroalimentación o bucles de avance. Los termopares son en su mayoría unidades de control digital. Los precios de los termopares comenzaron alrededor de $100 y costaron hasta $2500 para modelos más precisos y autocalibrados.

Control de Presión: Interruptor de Presión

Un presostato es un dispositivo que controla los sistemas contra caídas de presión o picos de presión. Los tipos más básicos de presostatos funcionan sobre una base ON-OFF, pero también se pueden fabricar para funcionar en modo PID. El método fundamental de operación es establecer la “Presión Set-Pressure” en una cantidad dada. Esto desactiva el presostato del circuito conectándolo a la válvula de control aguas arriba. Si, en algún momento del proceso, la presión sube más allá del punto de ajuste, el interruptor se activa y completa el circuito, cerrando así la válvula de control. Los interruptores de presión pueden ser hidráulicos o neumáticos (presión basada en aire). Una aplicación común de un interruptor de presión en la industria es proteger las bombas PD (desplazamiento positivo) de la sobrepresurización. Una bomba PD puede generar presiones muy altas si no se controla mediante un presostato; por lo tanto, establecer un presostato en línea con una bomba PD evitará la sobrepresurización ya que cierra la válvula de control. Los presostatos son comunes en cualquier industria ya que todos requieren la presurización de ciertos componentes durante las etapas de fabricación, procesamiento o refinación. Venden entre 200 y 2000 dólares dependiendo de la magnitud del punto de ajuste requerido para la protección.

Control de composición: Control de relación

Se utiliza un controlador de relación para garantizar que dos o más variables de proceso, como los flujos de material, se mantengan en la misma relación incluso si están cambiando de valor. Los modos de control se pueden operar en diferentes tipos, pero la mayoría del controlador PI de retroalimentación se utiliza para el control de la relación. En los procesos de control industrial, el control de relación se utiliza en los siguientes procesos: relación quemador/aire, mezcla y mezcla de dos líquidos, inyección de modificadores y pigmentos en resinas antes del moldeo o extrusión, ajuste del aporte de calor en proporción al flujo de material. Los precios de los controladores de relación industrial comienzan alrededor de $500 y aumentan dependiendo de la sensibilidad de la unidad a diferentes magnitudes de cambios composicionales y tamaño de los equipos a anexar.

Control de Nivel: Interruptores de Nivel

Los controles de nivel se utilizan para monitorear y regular el nivel de líquido en recipientes industriales. Hay muchos sensores diferentes utilizados en el control de nivel, incluidos los sensores ultrasónicos, láseres y flotación. Todos ellos trabajan en el mismo principio general. Un sensor mide la distancia desde la base del buque hasta la parte superior del nivel de líquido, principalmente mediante el uso de ondas de sonar o un rayo láser. En base al tiempo que tarda la onda o el rayo láser en regresar a la fuente emisora, el controlador envía información para cambiar o mantener el nivel. El control magnético del flotador lee en un sensor ubicado en la pared del recipiente y envía esa información al controlador. Algunos ejemplos de control de nivel en la industria son: mantener el nivel de líquido en una columna de destilación, proteger del desbordamiento y medir la cantidad de producto en tanques de almacenamiento. Los sensores/controles de nivel varían en precio según el tipo y la precisión requerida. A continuación se muestra una imagen de un control de nivel de flotador magnético.

Control de Flujo: Medidores de Flujo

Los controles de flujo se utilizan para regular el flujo de un líquido o gas a través de un sistema. La forma principal de control de flujo es una válvula. Hay muchos tipos diferentes de válvulas, pero todas cambian los caudales al abrir o cerrar en función de la cantidad que se necesita. Un sensor de flujo lee el caudal y un controlador operará la válvula para aumentar o disminuir el flujo. Algunos tipos básicos de sensores de flujo son los rotámetros y los medidores de masa digitales. Estos controles se utilizan en todas las formas de industria para controlar los flujos, incluido el tratamiento de agua, la medición del producto y el flujo de combustible a los hornos. El precio bajo para los sensores de flujo suele ser de alrededor de $500, y dependiendo del tamaño del proceso y del material del proceso, el precio puede oscilar entre miles. A continuación se presentan dos imágenes. La primera es una válvula de control manual que se puede abrir o cerrar para regular el flujo. La segunda es una válvula que se puede utilizar en un sistema de control automático para regular el flujo.

Colaboradores y Atribuciones

• Christian Hatfield, Varun Kaushik, Alon Mandel