Cuando se requiere controlar el caudal de un fluido proporcionalmente, para ejercer una condición de operación sobre otro fluido o producto, se recurre al uso de lazos de control. Es una aplicación ampliamente empleada a nivel industrial
Intentemos ilustrar de manera sencilla cada uno de los componentes asociados al lazo de control.
¿Qué es un lazo de control?
Es un sistema de administración de procesos diseñado para mantener una variable de proceso en un punto de ajuste deseado. Los lazos de control automático son sistemas que permiten regular y mantener constante una variable en un proceso industrial. Estos lazos están compuestos por una serie de componentes que trabajan en conjunto para lograr un correcto control del proceso. En este sentido, es importante conocer cuáles son los principales componentes que conforman un lazo de control automático y cómo funcionan en conjunto para lograr una operación eficiente y segura.
A continuación, se presentarán los principales componentes de un lazo de control automático y su importancia en el correcto funcionamiento del proceso.
En su versión más básica está constituido por un sensor, un controlador y una válvula de control. Cada elemento trabaja en conjunto con las otras para manejar el sistema. Una vez establecido el set point o punto de ajuste deseado en la variable a controlar, el lazo funciona con un proceso de cuatro pasos.
1) Sensar: Medir el estado actual de la variable a controlar mediante un dispositivo electrónico (sensor)
2) Comparar: Evaluar la lectura de la condición actual, contra el valor de set point deseado en la variable a controlar
3) Responder: Reaccionar ante cualquier variación entre el valor medido y el valor deseado (set point) en la variable de control, mediante la generación de una señal de control correctiva
4) Actuar: Accionar un elemento final de control para generar un cambio en la variable de proceso.
El lazo continúa repitiendo los pasos, respondiendo a las alteraciones en la variable de control, manteniendo la misma en el set point o punto deseado.
¿Qué es un sensor?
Es el dispositivo que mide la variable de control también llamada de proceso. Convierte la variable medida en una señal analógica o digital y la envía al controlador. Es importante que el sensor sea preciso y confiable para que el controlador pueda tomar decisiones precisas basadas en la información recibida.
La variable de proceso es la variable que está siendo controlada por el sistema de control automático. Puede ser la temperatura, la presión, el flujo, la posición, entre otras. Esta variable es monitoreada por el sensor y el controlador, y se ajusta mediante el elemento final de control para mantenerla dentro del rango deseado.
Para procesos de control de vapor suele emplearse sensores de temperatura, ya que por lo general el lazo busca controlar esta variable sobre un producto que se está manufacturando, mediante uso de transferencia de energía proveniente del vapor. Sin embargo, no es una limitante, el sensor debe seleccionarse en función de la variable a controlar.
La imagen ilustra sensores de temperatura, presión y nivel.
¿Qué es el controlador?
El controlador es el cerebro del lazo de control automático. Su función es procesar la información recibida del sensor y tomar decisiones para mantener la variable controlada en el valor deseado. El controlador utiliza un algoritmo para tomar estas decisiones y enviar señales de control al actuador.
Tambien es un dispositivo electrónico de comparación que recibe una señal de entrada a partir de una variable de proceso medida por el sensor, la compara con el valor deseado (set point), y calcula el valor apropiado de la señal de salida para el elemento final de control, quien realizara una acción correctiva dentro del lazo de control.
Son equipos que ofrecen control electrónico PID (Proporcional, Integral y Derivativo) que utiliza la señal eléctrica y algoritmos digitales para realizar su función receptiva, comparativa y correctiva.
En el controlador es donde se fija la variable de referencia o Set Point.
La variable de referencia es el valor deseado para la variable de proceso. Es el objetivo que el sistema de control automático busca alcanzar y mantener. El controlador compara la variable de referencia con la variable de proceso medida por el sensor y toma decisiones para ajustar el elemento final de control y mantener la variable de proceso dentro del rango deseado.
Actuador – ¿Qué es una válvula de control?
El actuador es el componente encargado de actuar sobre el proceso que se está controlando. Su función es recibir la señal de control del controlador y modificar el proceso para mantener la variable controlada en el valor deseado. El actuador puede ser un motor, una válvula, un relé, entre otros.
En el caso de las válvulas, el actuador es un dispositivo capaz de modular el flujo de una válvula en diferentes grados, desde el flujo mínimo controlable hasta su máxima capacidad de respuesta, todo esto partiendo de una señal emitida por un dispositivo de control externo. Nos hemos referido a ella en otros artículos, como el musculo que ejecuta la acción. Ya que, dentro del lazo de control, la válvula es el elemento final de control o el componente que realiza el trabajo físico y afecta directamente el proceso.
¿Como opera una válvula de control?
Una válvula de control es simplemente una válvula a la cual se le incorpora un actuador, este actuador en su forma más habitual puede ser neumático o eléctrico.
La apertura o cierre de la válvula se realiza mediante el movimiento relativo entre el vástago y tapón de la válvula con respecto al puerto o asiento de la misma. El tapón de la válvula está conectado al vástago, y este a su vez el actuador. Este último dirige el movimiento según lo dictado por el dispositivo de control externo.
El puerto o asiento, se encuentra acoplado al cuerpo de la válvula y no ejecuta ningún movimiento relativo en el interior de la válvula
¿Qué es un Actuador neumático?
Básicamente es un dispositivo que transforma la energía del aire comprimido, en energía mecánica para generar movimiento. Este movimiento puede ser línea o rotativo dependiendo del tipo de geometría de cierre en la válvula de control.
El actuador es alimentado con aire comprimido en un extremo, para generar movimiento de un diafragma el cual transfiere este movimiento al vástago de la válvula.
¿Qué es un Actuador Eléctrico?
Es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica mediante el uso de un motor eléctrico. La señal de control energiza el motor eléctrico para transformar su movimiento rotativo en movimiento lineal, que a su vez generara movimiento relativo entre el tapón y el puerto dando lugar a la apertura o cierre de la válvula.
Resumen
La mejor forma de generar control sobre un fluido es mediante el uso de un lazo de control.
El sensor del lazo mide la variable de proceso y envía una señal al controlador. El controlador (PID) compara la señal del sensor con la variable de referencia (set point) ingresado en su base de datos y determina el valor de salida de la señal de control, este valor viaja al elemento final de control (Actuador – Válvula), la cual finalmente ejecuta una acción correctiva de apertura o cierre para mantener la variable de proceso en el punto de ajuste o set point.
