UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE MONAGAS

INGENIERÍA DE SISTEMAS

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL (ICI)

MATURÍN / MONAGAS / VENEZUELA

TEMA 5.- Introducción a los elementos de control. Elementos primarios.

Unidad I. Conceptos Básicos de Control

Equipo. PLC

PROFESOR:

Ing. Edgar Goncalves

MATURÍN, FEBRERO DEL 2016.

INTEGRANTES:

Br. Leivi Elivel Hernández Ochoa

C.I.: 24.579.134

Br. Maria José Viña Caraballo

C.I.: 24.277.423

ÍNDICE

Pág.

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................3

1. ¿Qué es un sistema de control?........................................................................................4

2. Clasificación de los sistemas de control según su comportamiento................................4

2.1. Sistema de control de lazo abierto:...........................................................................4

2.2. Sistema de control de lazo cerrado:..........................................................................5

3. ¿Qué son los elemento primarios?...................................................................................6

4. Clasificación de los elementos primarios........................................................................6

4.1. Tipo de Señal de Entrada..........................................................................................6

4.1.1. Sensores de Presión...........................................................................................7

4.1.2. Sensores de Nivel:.............................................................................................7

4.1.3. Sensores de Flujo..............................................................................................7

4.1.4. Sensores de Temperatura:.................................................................................7

4.2. Tipo de señal de Señal de Salida:.............................................................................7

4.2.1. Sensores Mecánicos:.........................................................................................7

4.2.2. Sensores Eléctrico/Electrónicos........................................................................7

4.2.3. Sensores Electro-Mecánicos.............................................................................8

5. Ejemplos de elementos primarios....................................................................................8

5.1. Sensor de Temperatura.............................................................................................8

5.2. Sensor de presión......................................................................................................8

DISCUSIÓN...........................................................................................................................9

CONCLUSIONES................................................................................................................10

BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................12

INTRODUCCIÓN

Hoy por hoy, las industrias tienen como objetivo principal el poder controlar las variables de sus equipos y maquinarias de la manera más efectiva que sea posible, para ello deben mantener una constante adaptación y actualización en cada uno de los mecanismos implementados, basándose en dispositivos que le permitan supervisar el sistema de la manera más eficiente, entre estos mecanismos se encuentra los sistemas de control, debido a que el mismo se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que le permiten comandar, regular, administras o dirigir a otro sistema o a si mismo dinámicamente.

En el mismo orden de ideas, cada vez es mayor la importancia dada por las empresas a la implementación de mecanismos para controlar sus sistemas, ya que los beneficios ofrecidos por estos son sumamente puesto que garantizan la estabilidad de los equipos, se mantienen robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos, además de ser tan eficiente como sea posible, siendo fácilmente implementable con ayuda de un ordenador. Es importante resaltar, que existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. En los sistemas de control de lazo abierto la salida se genera dependiendo de la entrada; mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida depende de las consideraciones y correcciones realizadas por la retroalimentación. Un

sistema de lazo cerrado es llamado también sistema de control con realimentación

Aunado a esto, los sistemas de control están sustentados por medio de la implementación de elemento primario, los cuales se conocen como un conjunto de dispositivos importantes para cualquier instrumento, puesto su función es la de detectar inicialmente el valor de una variable durante el proceso operativo a fin de dar una indicación en respuesta a la variación de la misma. Actualmente existen básicamente dos criterios que se utilizan para la clasificación de los elementos primarios, los cuales son según el tipo de señal de entrada y el tipo de señal de señal de salida.

MARCO TEÓRICO

1. ¿Qué es un sistema de control?

Un sistema de control es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que le permiten comandar, regular, administras o dirigir a otro sistema o a si mismo dinámicamente 4, con el fin de conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados (consigna), de forma que se reduzcan las probabilidades de fallo y se alcancen los resultados deseados. Por lo general, se usan sistemas de control industrial en procesos de producción para controlar equipos o máquinas. 3

Un sistema de control ideal debe ser capaz de conseguir su objetivo cumpliendo los siguientes requisitos5:

1. Garantizar la estabilidad y, particularmente, ser robusto frente a perturbaciones y errores en los modelos.

2. Ser tan eficiente como sea posible, según un criterio preestablecido. Normalmente este criterio consiste en que la acción de control sobre las variables de entrada sea realizable, evitando comportamientos bruscos e irreales.

3. Ser fácilmente impleméntale y cómodo de operar en tiempo real con ayuda de un ordenador.

2. Clasificación de los sistemas de control según su comportamiento

2.1. Sistema de control de lazo abierto:

Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador 6.

Sus características son las siguientes2:

No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del sistema (referencia).

Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fijada. La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador. En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su función

adecuadamente. El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control secuencial, en el

que no hay una regulación de variables sino que se realizan una serie de operaciones de una manera determinada.

Un ejemplo de sistema de lazo abierto es el semáforo. La señal de entrada es el tiempo asignado a cada luz (rojo, amarilla y verde) de cada una de las calles. El sistema cambia las luces según el tiempo indicado, sin importar que la cantidad de tránsito varíe en las calles2.

2.2. Sistema de control de lazo cerrado:

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias6:

Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre. Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es

capaz de manejar. Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una atención

que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.

Sus características son las siguientes2:

Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros. La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema. Su propiedad de retroalimentación. Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas.

Un ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado es un sistema de iluminación de un invernadero ya que a medida que la luz aumenta o disminuye se abrirá o se cerrara el techo manteniendo cte. el nivel de luz2.

3. ¿Qué son los elemento primarios?

Los elemento primario, constituyen un conjunto de dispositivos importantes para cualquier instrumento, caracterizándose por existir de manera individual e independiente en un lazo. Su función es la de detectar inicialmente el valor de una variable durante el proceso operativo, por ende deben mantener un continuo contacto las diversas propiedades que puedan estar sujetas a cambio en el sistema (presión, fuerza, posición, medida eléctrica, entre otras), todo ello por medio de la utilización o absorción de la energía del medio controlado, para dar al medio de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. Ejemplos: el bulbo y capilar: variación de presión del fluido que los llena – Termopar: Variación de la fuerza electromotriz.

4. Clasificación de los elementos primarios.

Actualmente existen básicamente dos criterios que se utilizan para la clasificación de los Elementos Primarios:

4.1. Tipo de Señal de Entrada

Se refiere a la variable de proceso que se desea medir y/o controlar. Según la señal de entrada la variedad de elementos primarios existentes resulta realmente extensa ya que dependería de la cantidad de variables de proceso sujetas a medición y/o a control en la industria. Sin embargo, si nos limitamos a las variables de proceso más frecuentemente consideradas en el campo de instrumentación industrial, entonces tendríamos básicamente cuatro tipos de elementos primarios:

4.1.1.Sensores de Presión: Son sensores que están dotados de un elemento sensible a la presión y que emiten una señal eléctrica al variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta supera un determinado valor límite.

4.1.2.Sensores de Nivel: Es un dispositivo electrónico que mide la altura del material, generalmente líquido, dentro de un tanque u otro recipiente.

4.1.3.Sensores de Flujo: Es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas. Estos son del tipo apagado/encendido; determinan cuándo está o no circulando un fluido.

4.1.4.Sensores de Temperatura: se utilizan para detectar variaciones de la temperatura. Están construidos a partir de materiales que cuya resistencia eléctrica varía según la temperatura. De ellos existen dos tipos: NTC: (coeficiente de temperatura negativa).

NTC (coeficiente de temperatura negativa): En el NTC el valor de la resistencia eléctrica es inversamente proporcional a la temperatura por lo que si aumenta la temperatura disminuye la resistencia eléctrica

PTC (coeficiente de temperatura positivo): En el PTC el valor de la resistencia eléctrica es directamente proporcional a la temperatura por lo que si aumenta la temperatura aumenta la resistencia eléctrica.

4.2. Tipo de señal de Señal de Salida:

Se refiere al tipo de respuesta generada o producida por el elemento primario como función de señal de entrada [1].

4.2.1. Sensores Mecánicos: Son dispositivos que cambian su comportamiento bajo la acción de una magnitud física que pueden directa o indirectamente transmitir una señal que indica cambio.

4.2.2. Sensores Eléctrico/Electrónicos: Los sensores Eléctricos o Electrónicos son aquellos cuya señal de salida es representada por una variación en alguna de las propiedades eléctricas del sensor.

4.2.3. Sensores Electro-Mecánicos: están constituidos por una combinación de elementos mecánicos y eléctricos donde se genera inicialmente movimiento el cual a su vez, genera algún cambio en una variable eléctrica en el sensor.

5. Ejemplos de elementos primarios.

Existen múltiples dispositivos, que cumplen un papel como elemento primario en un instrumento, un ejemplo de estos son:

5.1. Sensor de Temperatura.

Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico. 7

Figura 1. Sensor de Temperatura.Fuente: http://www.bricogeek.com/shop/41-97-thickbox/sensor-de-temperatura-ds18b20-

one-wire.jpg

5.2. Sensor de presión.

Los sensores de presión son dispositivos que transforman una magnitud física en una eléctrica, en este caso transforman una fuerza por unidad de superficie en un voltaje equivalente a esa presión ejercida. 8

Figura 3. Sensor de Presión.Fuente:http://www.aguamarket.com/productos/productos.asp?

producto=17925&nombreproducto=sensor+de+presion+con+diafragma

DISCUSIÓN

Hoy en día, las grandes industrias se han visto en la necesidad de tener que implementar distintos mecanismo y sistemas de control que le permitan poseer un mayor dominio en las diversas variables (presión, fuerza, posición, medida eléctrica, entre otras) presentes en un instrumento o maquinaria de forma automatizada. Puesto que cada vez son mayores las empresas que hacen grandes inversiones de su presupuesto a fin de modernizar o mecanizar las distintas etapas de producción, reduciendo de manera significativa la intervención del hombre para llevar a cabalidad cualquier fase de fabricación, lo que trae como consecuencia la necesidad de tener que implementar sistemas novedosos y efectivos, que permitan poder vigilar de manera automatizada y a tiempo real el funcionamiento dichas etapas a fin de reducir fallas, errores y riesgos para el personal que labora en la empresa por medio del control de las variables.

El diseño de un sistema para la supervisión y control automatizado del proceso de mezclado y empaquetado de especias, no está aislado de esta necesidad, ya que para el desarrollo de un prototipo optimizado que permita generar soluciones efectivas referentes a dichas fases de producción, será necesario la aplicación de distintos sistemas de control y elementos primarios que permitan supervisar, determinar y controlar, cualquier tipo de variación de las propiedades del sistema, teniendo presente que la implementación de estos dispositivos estará en función de automatizar el proceso de supervisión del sistema, por medio de la selección de los más eficientes pero rentables para el productor agrícola venezolano, y en donde se espera que el mismo proporcione:

1. Estabilidad al sistema durante el proceso de mezclado y empaquetado de especias. 2. Controlar las variables de entrada, del sistema.3. Reducir fallar y perturbaciones en el sistema

Todo esto, por medio de la instalación de dispositivos que se adapten a los mecanismos y maquinarias que se implementaran para el desarrollo del prototipo, el cual hasta el momento se basa los sensores de nivel para la medida de la cantidad de especias en los silos, con el objetivo es el de poder controlar la cantidad de materia prima con la que cuenta la empresa en los almacenes, de forma que se pueda determinar de forma automatizada cuando los silos están bajo la cantidad mínima para la producción.

En el mismo orden de ideas, es importante resaltar que por medio la aplicación de los sistemas de control y elementos primarios en el desarrollo de la propuesta anteriormente mencionada, se espera reducir del número accidentes y fallas ocurridos dentro de las instalaciones durante las fases de producción, puesto que el mismo proporcionara el control de las distintas variaciones que pueda tener el sistema.

Para finalizar es necesario hacer mención que la aplicación de la automatización de sistema de control para el diseño de un sistema para la supervisión y control automatizado en el proceso de mezclado y empaquetado de manera generalizada trae como ventajas:

Mide nivel vertical de especias en los silos. Determinar las medidas mínimas en parte inferior de un silo. Indica cuando se requiere solicitar más materia prima para llevar a cabo el

proceso de producción.

Y a su vez trae como desventaja:

Incluye costos adicionales al modelo de diseño desarrollado Actualmente no existen este tipo de sensores especiales para medir los niveles de

productos en polvo o granulados en el mercado venezolano por lo que será necesario el tener que importar los mismo.

CONCLUSIONES

Un sistema de control, es un conjunto de elementos que le permiten comandar, regular, administras o dirigir a otro sistema, con el fin de conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados, con el objeto de garantizar la estabilidad, poseer efectividad del control sobre las variables de entrada sea realizable, evitando comportamientos bruscos e irreales, además de ser fácilmente impleméntale y cómodo de operar en tiempo real con ayuda de un ordenador.

Los sistemas de control, se pueden clasificar de dos maneras según su comportamiento, siendo estos sistemas de control de lazo abierto y sistemas de control de lazo cerrado. En los sistemas de control de lazo abierto es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera, es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador, mientras que en los sistemas de control de lazo cerrado son sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Por medio del uso de la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia.

Es por ello que es importante la implementación de los sistemas de control para el correcto funcionamiento de los herramientas de las empresas, aunado a estos encontramos a los elementos primarios, constituyen un conjunto de dispositivos importantes para cualquier instrumento, cuya función es la de detectar inicialmente el valor de una variable durante el proceso operativo, a fin de dar al medio de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada.

Los elementos primarios pueden clasificar básicamente por dos criterios, estos son primeramente según el tipo de señal de entrada que se refiere a la variable de proceso que se desea medir y/o controlar. Según la señal de entrada la variedad de elementos primarios existentes resulta realmente extensa ya que dependería de la cantidad de variables de proceso sujetas a medición y/o a control en la industria. Seguido del criterio basado en el tipo de señal de señal de salida que se refiere al tipo de respuesta generada o producida por el elemento primario como función de señal de entrada.

BIBLIOGRAFÍA

1 Salcedo, A. (2015). Elementos primarios. Santiago de Queretaro, Querétaro, México. Extraído el 02 de Febrero de 2016 desde: http://alirafasalcedo.blogspot.com/2015/10/sistemas-de-control_4.html

2García, J. (2000). Sistemas de control- lazo abierto -lazo cerrado. Bogotá D.C. Extraído el 01 de Febrero de 2016 desde: http://www.academia.edu/7885227/Sistemas_de_control_-_lazo_abierto_-lazo_cerrado

3 Autor Desconocido. Sistema de control. Extraído el 01 de Febrero de 2016 desde https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control

4 Ramírez, M. (2000). Instrumentación industrial. Extraído el 01 de Febrero de 2016 desde http://www.grupodiaci.net/inedtic/modulo3/t1_inst_ind.pdf

5 Salcedo, A. (2015).Sistemas de control, México. Extraído el 02 de Febrero de 2016 desde: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3330/34059-5.pdf?sequence=5

6 Rengifo, C. (2014).Sistema de lazo abierto y lazo cerrado. Cali, Colombia. Extraído el 01 de Febrero de 2016 desde: https://danaelectricos.wordpress.com/8semana-4/

7 Autor Desconocido. Sensor de temperatura. Extraído el 02 de Febrero de 2016 desde http://medirtemperatura.com/sensor-temperatura.php

8 Sensing S.L. Sensores de presión. Algete, Madrid, Madrid, España. Extraído el 02 de Febrero de 2016 desde:http://www.sensores-de-medida.es/sensing_sl/SENSORES-Y-TRANSDUCTORES_35/Sensores-de-presi%C3%B3n_107/