Entonacion Efecticva de Lazos de Control :

Los pasos preliminares

Elaborado por : Ing. Ricardo Alonso

Pruebas a Lazo abierto y Lazo Cerrado

• La prueba a lazo abierto se hace poniendo el controlador en Manual y manipulando al salida del controlador.

• La prueba a lazo cerrado se hace con el controlador en automatico.

• En la primera prueba se obtienen datos dinamicos del proceso.

• En la segundo se obtienen datos dinamicos de la interaccion entre el controlador y el proceso.

Introduccion

• En esta parte presentaremos los pasos previos al trabajo de entonacion.

• Tambien los problemas mas comunes que entorpecen la entonacion efectiva.

• Recuerden : si un lazo de control no funciona en manual, algo malo pasa.

• No entonemos hasta lograr un control manual mas o menos satisfactorio ; es perder nuestro tiempo hacerlo.

Tipos de Procesos• Antes de llegar a Entonar Lazos de Control se debe conocer algo

sobre los Procesos.

• Los Procesos se clasifican por su respuesta en :

– Procesos Integrantes– Procesos no Integrantes

• Por sus caracterisitcas dinamicas se clasifican en :

– Procesos de puro tiempo muerto.– Procesos con capacidad

• Simple• Compuesta

– Procesos mixtos.

Procesos Integrantes y no Integrantes

• Los procesos integrantes son aquellos cuya respuesta a lazo abierto, luego de haber realizado un cambio tipo escalon en la OP del controlador, resulta en un crecimiento ( decrecimiento ) indefinido de la PV.

• Los no integrantes, en cambio, muestran una estabilizacion en un valor determinado.

• Los primeros procesos son inherentemente inestable.

• Los segundos se denominan autoregulados.

Procesos con Tiempo Muerto

• Procesos con tiempo muerto : Son caracteristicos de procesos donde hay operaciones de transporte entre el proceso propiamente dicho y los sensores.

• Si se calienta agua en un recipiente donde pasa una corriente lenta, y el termopar se coloca en la linea de salida a una gran distancia del proceso, se tarda un tiempo considerable en leer la temperatura del recipiente.

• Es por ello que se prefiere hacer la medicion lo mas cerca posible si no el recipiente.

Procesos con Capacidad

• El fenomeno se nota como una demora para que se desarrolle en la PV un 100% del cambio generado por la nueva OP del proceso.

• La capacidad viene asociado al almacenamiento de fluidos ( volumen ), energia ( capacidad termica ) y/ cantidad de movimiento ( inercia ).

• Si se observa una variacion exponencial, se habla de capacidad simple.

• Si se observa una tendencia a tiempo muerto sin que eso sea posible en el proceso, se habla de capacidad multiple.

• Se habla de un tiempo denominado constante de tiempo, igual al tiempo necesario para lograr un 63% del cambio total proyectado en la PV.

Tiempo Muerto y Capacidad

Tiempo Muerto

La distancia entre la medicion y el proceso causa demora en la llegada de la señal al transmisor

El Tiempo Muerto

En este proceso existe tiempo muerto puro. Observe la demora que existe entre la ocurrencia del cambio y su deteccion en la medicion.

Tiempo Muerto y Capacidad

En este caso ocurre una de dos cosas :

• O ,el proceso tiene tiempo muerto puro junto con Capacidad Simple.

• O el proceso no tiene mas que capacidad multiple sin realmente tiempo muerto.

La reaccion de un sistema a Lazo Abierto : Proceso No

Integrante

Comentario• Este el caso ideal clasico que se enseña para la entonacion de

lazos de Control.

• La realidad es, sin embargo, otra.

• Este tipo de prueba no siempre es factible.

• Las razones son :

– No siempre es factible esperar la respuesta final por razones de produccion.

– Operacioes no simpatiza con perturbar la produccion.– No siempre los sistemas son no integrantes.

Problemas con Valvulas de Control

• Muchas veces, la variblidad de un proceso no tiene nada que ver con el proceso ni con la entonacion del Controlador.

• Muchas veces el problema es la Valvula de Control.

• Las valvulas de control presentan muchos problemas. Ellos pueden clasificarse en :

– Problemas de diseño y selección de la valvula.– Diseño de mantenimiento de la valvula.

• En todo caso, antes de proceder a invertir tiempo precioso en entonar, estudiemos primero el proceso.

Diseño de la Valvula de Control

• Existen consideraciones a hacer con una valvula de control.

• En primer lugar, su tipo de comportamiento – Valvulas de respuesta lineal– Valvula de respuesta tipo igual porcentaje.

• Segundo, como debe reaccionar el actuador ante una falla de la señal ( modo de falla segura ).

• El dimensionado de la valvula para el servicion a que fue destinada.

Valvulas no Lineales y de Igual Porcentaje

Se dice que las valvulas Lineales son de ganancia constante, mientras que las de Igual Porcentaje, la ganancia disminuye a medida que se abre esta. Lo opuesto ocurre con las de cierre rapido.

•A bajo flujo, las caidas de presion por lineas son bajas, siendo necesaria una alta DP en la valvula ( 80 psi ).

•A un alto flujo, las caidas son altas, dando un DP bajo en la valvula ( 20 psi ).

• Esto incrementa el comportamiento no lineal de la mayoria de las valvulas de control.

Consideraciones Hidraulicas

Comportamiento no lineal Incrementado

Cuando la ganancia del proceso no es lineal, el controlador no puede ser entonado satisfactoriamente. Como la valvula es parte del proceso, si esta no es lineal no lo sera el proceso tampoco.

• Sin embargo, existe una aplicación a las valvulas de igual porcentaje.

• Se usa cuando el proceso no es lineal, a fin de corregir la no linealidad del mismo.

• Tambien se usa cuando la DP de valvula es constante.

• De hecho la valvula de igual porcentaje es la mas utilizada.

Excepciones a la regla

Sentido de Falla de la Valvula

• Recordemos que las fallas son Abiertas y Cerradas.

• Cerradas son aire para Abrir.

• Abiertas son aire para Cerrar

• El sentido de la accion de control del controlador debe estar acorde a esto.

• Chequear :

– Actuador ensamblado al reves.– Mala definicion del sentido de falla en los planos.– Alguien cambio la accion del controlador.

CUANDO DETECTE UNA VALVULA CON SENTIDO DE FALLA INVERTIDA, NO CAMBIE

EL SENTIDO DE ACCION DEL CONTROLADOR.

CAMBIE EL SENTIDO DE FALLA AL CORRECTO.

NO JUEGUE CON SU SEGURIDAD

Dimensionado de la Valvula

• Este es un problema de Ingenieria.

• Pobre definicion de las condiciones de diseño de la valvula.

• Escogencia de la valvula de tamaño no adecuado.

• Falla en dos sentidos :

– Se escoge una valvula mucha capacidad.– Se escoge una valvula de muy poca capacidad

Valvula de Mucha Capacidad

• Se dice que el Cv de la valvula es mucho mayor que el requerido.

• La valvula tiende a operar muy cerrada.

• Si esta muy cerrada, el control no es optimo ( tendencia de la valvula a oscilar ).

• Si la apertura es pobre existe problemas de erosion en el asiento.

• Se ha gastado mucho dinero en algo no necesario.

Valvulas con Poca Capacidad

• La valvula debe abrir mucho.

• Problemas de estabilidad. De hecho el rango util de una valvula es de 10 a 90%.

• Es posible llegar al 100% y no lograr accion de control.

• Diagnostico notable : Los operadores operar con los desvios abiertos.

• Al hacer esto, dañan con erosion los desvios, haciendo imposible la reparacion de los equipos agua debajo de la valvula.

Solucion

• Puede cambiar la valvula.

• Puede cambiar los internos para ajustarla al servicio.

• Tambien puede comprobar si la valvula puede intercambiarse por otra en planta que tenga el problema opuesto y sea adecuado el material.

• Suele ocurrir en los proyectos y mantenimientos que una valvula es intercambiada por otra.

Miscelaneos

• Tambien puede suceder que el actuador no sea lo bastante rapido.

• En ese caso, lo que aplica es incorporar un posicionador.

• Este equipo incrementa la señal de aire al actuador a fin de llevar en el menor tiempo posible a la OP de la valvula cerca del OP del controlador.

Los Problemas de Mantenimiento

• Son basica y afortunadamente 2 :

– La histeresis de la valvula

– El fenomeno de valvula que se pega.

Stiction

• Palabra compuesta Inglesa.

• Stic : Static

• Tion : Friction

• Friccion Estatica

• Tambien se le dice Valvula pegada

• Vea es siguiente digrama de una valvula pegada con Histeresis.

Recorrido de una Valvula Pegada con Histeresis

Comentarios

• La Histeresis es causada por la friccion del vastago con los prensaestopas de la valvula.

• Pero la valvula se pega cuando dicho ajuste es tan estrecho que el actuador debe hacer un gran esfuerzo antes de lograr que el vastago se desplaze.

• Tambien esto ocurre cuando el vastago esta doblado o el actuador no es lo suficientemente robusto como para manejar las condiciones de proceso.

• El resultado es que la valvula opera como si pegara brincos.

LA IMAGEN DE LA VALVULA PEGADA

                                                                                         

                                                                        La respuesta de brincos es caracteristica

STICITION EN AUTOMATICO

                                                         

                                              Se observa como existen ciclo

caraacteristicos en el comportamiento de la PV en

automatico

MIDIENDO LA STICITION

                                                                                                               

                                                                                                 Se incrementa la salida del operador en manual en saltos de

0.1%. La sticition es el numero total de ajustes realizados antes de que la valvula se mueva

¿Que Hacer?

• Reducir la histeresis.

• Eliminar la Sticition

• Revisar apriete de prensaestopa.

• Revisar por solidos o corrosion en vastago.

• Usar valvulas de tapon doble.

Una palabra final

• A veces, la sticition causa el efecto de una valvula deslizante.

• Esto es, el acople actuador – vastago se afloja.

• El efecto es similar al de valvula pegada.

• La razon no es la misma, pero una es causa de lo otro.

• Revisar la valvula, eso es lo mejor.

Pasos que Siguen

• Es importante que el hardware este OK.

• Se debe chequear los instrumentos de medicion ; deben estar perfectamente calibrados y operativos.

• Se debe verificar los elementos finales de control.

• Finalmente se debera considerar que el lazo de control esta listo para su entonacion.

Pasos Siguientes

• Lo que sigue ahora es entender el proceso.

• Se debe conocer lo que se controla.

• Puede hacerse con pruebas en planta.

• Pero se hace mas revisando el proceso y hablando con los expertos.

• Tambien se aprende viendo como opera el proceso actualmente.

• Pero lo mejor es ir al proceso y mirarlo tecnicamente.

Conociendo el Proceso• Tiene como objetivo indicar las caracteristicas del proceso con

el minimo de perturbacion del mismo.

• Reunir todo el conocimiento disponible del proceso :

– El operador de la planta es el primer experto a consultar.– Los Ingenieros que lo diseñaron y arrancaron la primera

vez.– Los Ingenieros que brindan apoyo a operaciones.– Otros expertos que tengan procesos similares.

• La consulta de los diagramas de proceso de la planta y las hojas de especificacion de equipos permiten identificar tiempos muertos y de respuesta.

Conociendo el Proceso• Identificar aquellos procesos que sean integrantes. Estos no sirven

para hacer pruebas a lazo abierto clasicas.

• Identificar procesos autoestables. Pueden ser probados a lazo abierto a menos que sus tiempos de respuesta sean excesivamente largo.

• Identifique las perturbaciones del proceso. Muchas veces se entona un lazo de control en el momento en que las perturbaciones son minimas.

• Variaciones ciclicas del proceso :

– ¿Es igual el proceso de dia y de noche?– ¿cómo lo afecta la lluvia intensa ?, se porta igual en epoca seca?– Hay algun cambio estacional de materias primas?

Como no debe conducir el Test

• Busque hacer las pruebas en estado estacionario.

• Entone solamente para un set de condiciones de proceso. Total, el proceso es lineal.

• Busque siempre constantes de tiempo, aun cuando el proceso sea integrante.

• No indague jamas si el test puede ser conducido : operaciones no sabe lo que hace y usted es el dueño de la planta.

• No vaya jamas a campo ni hable con los operadores : asuma que el Hardware esta bien.

• El proceso es muy grande : no es posible que condiciones ambientales lo afecten.

Haga todo lo que le indicamos en la ultima

lamina ......

Seguro fracasara ignominiosamente