CONTROL DE PROCESOS

2.1.- CONTROL ELÉCTRICO

Cuando hablamos de “Control Eléctrico” nos referimos a aquellas variables de salida que tiene un controlador de un proceso. La salida de un controlador puede ser configurada de tal manera que pueda ofrecer el mejor servicio de la variable obtenida de un proceso a controlar, es así como se puede elegir desde un tipo “On-Off” hasta un control más exacto.Un controlador es un instrumento que toma la señal desde un sensor, la compara con un “setpoint” y ajusta la salida de control. Existen variados tipos de controladores, pero la mayoría presenta al menos un tipo de control de salida, que puede ser:

1. Control On – Off 1. Time Proportioning2. Current Proportioning3. Position Proportioning

2.1.1.-Control On-Off:

La selección del controlador para una aplicación específica depende del grado de control requerido por dicha aplicación. Las aplicaciones simples requieren solo de un control denominado “On-Off”, este tipo de control es aplicable, por ejemplo, en los termostatos de artefactos domésticos, en otras palabras la salida del control estará 100% On (activada) o 100% Off (desactivada).La sensibilidad de este tipo de control (a veces llamado “hysteresis” o “deadband”) está diseñada para operar, dependiendo del elemento a controlar, dentro de un rango cercano a los puntos de activación y así llevar la operación de “Off” a “On”. El diseño en “Hysteresis” previene que la salida no conmute rápidamente de “Off” a “On”, si la hysteresis está seteada en un rango muy estrecho la salida comenzaría a cambiar de estado tan rápido que producirá una disminución del tiempo de vida útil de algún relé o contacto y, además, la elevación de temperatura en los componentes; por lo tanto esta hysteresis debería estar seteada con unSuficiente tiempo de retardo para evitar esta condición.

2.2.-Control de nivel de un líquido

a) Sensor de nivel tipo flotador o boya (controlador de nivel)

El sensor de nivel de flotador o boya detecta el cambio de peso que experimenta la boya al estar en contacto tanto con un líquido, como con el aire dentro de un tanque (es decir si el líquido está en contacto o no con la boya). Este cambio en el peso del flotador está relacionado

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con la fuerza de empuje (principio de Arquímedes), ahora dicho cambio es proporcional al nivel del líquido en el tanque, esto se convierte en un señal en el transmisor que se envía al controlador tomando este una decisión que es ejecutada por un elemento final.

Según la figura:

Fig. 2 Sensor de boya para control del nivel de líquido

La fig. 2 muestra un tanque en donde se controla el nivel de líquido para un mínimo y un máximo. Este sistema de control es de tipo ON – OFF y se le aplica para procesos de llenado y vaciado de tanque.

Por ejemplo si se llena el tanque con una bomba, cuando el nivel de líquido toque la boya superior generara un cambio en el peso de la boya por lo tanto generara una señal, y el interruptor de control de nivel de líquido apagara la bomba (OFF).

Si se descarga el tanque hasta la boya inferior, cundo el nivel de líquido ya no toque la boya generara de igual manera un cambio en el peso de la boya, lo cual generara una señal, y el interruptor de control de nivel de líquido encenderá la bomba (ON).

Por lo tanto se controlará de manera automática este proceso.

a.1 ) Como funciona el interruptor de nivel tipo flotador

Consta de un flotador que generalmente está sujeto de la parte superior de un tanque o depósito y sujeto a una cuerda o barra la cual transmite su movimiento a una ampolla de Hg con un interruptor.

Por ejemplo si el nivel de agua alcanza al flotador lo empuja en sentido ascendente ascendiendo si la fuerza supera al peso del flotador. Este movimiento es transmitido por la cuerda al interruptor el cual cambia de posición. Emitiendo una señal de tipo todo o nada.

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Fig. 3 Funcionamiento del switch de nivel

b) Sensor de nivel por conductividad:

Este método solo es adecuado para la detección de nivel en líquidos conductivos. Se basa en el principio de que la presencia de un líquido causa un cambio en la resistencia entre dos conductores.

Se puede obtener una indicación de nivel de líquidos conductores de la electricidad en un tanque metálico o en otro contenedor con una sonda, la resistencia eléctrica entre la sonda y la pared del tanque es muy elevada.

Pero cuando el nivel de líquido conductor se eleva hasta que se pone en contacto con la sonda, esta cierra el circuito entre la sonda y la pared del tanque, y la resistencia disminuye a valores relativamente bajos.

Fig. 4 mediciones del nivel conductivo

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Generalmente la pared metálica del tanque se puede emplear como el segundo electrodo, pero si esto no resulta, se debe introducir otro electrodo en el tanque. Es preferible que la sonda esté conectada a corriente alterna que a corriente continua puesto que de este modo, se evita el fenómeno de electrolisis, que oxida la sonda.

b.1.) Detección de niveles mínimos y máximos con sensores de nivel por conductividad

Una de las formas es detectar las variaciones en los valores de resistencia por medio de un filtro amplificador selectivo. Este dispositivo se puede activar de alarma o activando un relé, la

figura se muestra a continuación:

fig. 5 Circuito básico para detección de niveles

La resistencia del líquido Rx se conecta en un puente de wheatstone con la sonda y la conexión a tierra (pared del tanque u otra sonda). Con un

potenciómetro Rv, se equilibra el puente; entonces, el relé de salida queda cero. Cuando el líquido alcanza el nivel de la sonda, el valor de Rx cambia, el puente se desequilibra y el relé se activa.

El otro es colocar una sonda con uno, dos o más electrodos. Cuando estos entran el contacto con el líquido conductor se cierra un circuito eléctrico, que a través de una unidad amplificadora conmuta un contacto, se usa como interruptores de nivel (mínimos y máximos)

Una de las limitaciones es que el líquido no tiene que ser ni muy viscoso ni muy corrosivo, también debe ser suficientemente conductor como para excitar el circuito electrónico. La impedancia mínima es de orden de los 20 M/cm, y la tensión de la alimentación es alterna para evitar fenómenos de oxidación en las sondas por causa del fenómeno de la electrolisis.

Como dijimos anteriormente cuando el líquido conductor moja los electrodos se completa el circuito electrónico y circula una corriente de los 2 mA; el relé electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola de nivel de líquido o ante cualquier perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco

separados enclavados eléctricamente en el circuito.

Este sistema de conductividad se emplea como alarma o control de nivel alto y bajos, utiliza relés eléctricos para líquidos de buena conductividad y relés electrónicos par líquidos de baja conductividad.

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Fig. 6 Sistema de control de nivel por conductividad

Se utiliza para monitoreo de nivel y control de bombas de líquido conductivo. Se aplica un bajo voltaje entre la pared conductiva del tanque o electro de tierra (electrodo más largo) y un electrodo de punto de interrupción. Si el medio conductivo toca los electrodos, una corriente alterna insignificante fluye a través de los electrodos y el medio conductivo hacia el relé del electrodo.

9.- BIBLIOGRAFIA:

- Control automatico de procesos teoria y practica, Carlos A. Smith y Armando B. Corripio, editorial Limusa, pag. 661 -662.

- Sistemas de control de nivel, hawker electronics, www.sensorland.com- Instrumentación industrial, Creus Solé Antonio, 6ta edición, 1997.- Sensores de nivel, instrumentacion industrial; IIMPI, departamento de diseño

mecanico; http://www.fing.edu.uy

Análisis de resultados

Experimento 1 sensor con boya

Se trabajo con caudales diferentes en donde el caudal de la bomba tenia que ser mayor que el de descarga , si se hubiera trabajado con caudales el nivel del tanque no variaría y el sensor no actuaria

Vemos que el nivel de tanque oscila entre 41.1 cm y 26cm , vemos que la primera cresta es mas amplia comparada con las demás ya que los posteriores va desde 28cm hasta 41.1cm , existe una diferencia de 2cm

El valor del set point se aproxima a 34.9cm (valor promedio del nivel del tanque)

Vemos que el tiempo de actuación llega a 1 cuando la bomba se enciende (el tanque se llena) y es cero cuando la bomba esta apagada (el tanque esta en descarga)

Experimento 2 sensor de conductividad

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Se trabajo con caudales diferentes en donde el caudal de la bomba tenia que ser mayor , si se hubiera trabajado con caudales el nivel del tanque no variaría y el sensor no actuaria

Vemos que el nivel de tanque oscila entre 28cm y 35cm. Nos damos cuanta que en las dos primeras crestas la amplitud es mayor 35.5 y 35.6 , ya los sensores del tanque comienzan a acondicionarse al medio

El valor del set point se aproxima a 31.62cm (valor promedio del nivel del tanque)

Vemos que el tiempo de actuación llega a 1 cuando la bomba se enciende (el tanque se llena) y es cero cuando la bomba esta apagada (el tanque esta en descarga)