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Control Automtico II V Ciclo Seccin A INFORME DE LABORATORIO N 1 Y N2

SINTONIZACIN DE PROCESOS

Integrantes:GALLARDO ACHAMIZO, DEYVI JHONATAN HUMPIRI TURPO, WILAR VICENTE

PROFESOR: Sarco Montiel, ArmandoFecha de realizacin: 16 de Marzo Fecha de entrega: 21 de Marzo

2012 I

CONTROL AUTOMTICO II

TABLA DE CONTENIDOControl Automtico II ................................................................................................................... 1 V Ciclo Seccin A ........................................................................................................................... 1 1) 2) Curva caracterstica del proceso .................................................................................................. 4 Proceso de Primer Orden............................................................................................................. 6

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

1. Introduccin:En el presente informe, se realiza la sintonizacin de diferentes procesos. Para el procedimiento nos ayudaremos de la referencia [1]. Y por si hay mayores dificultades nos ayudaremos del libro de la referencia [2], del tema de sintona. Los procesos se caracterizan por su curva, el cual se estudiar en este laboratorio con la ayuda del software de simulacin PC-Control Lab2, para determinar su comportamiento dinmico del cual se medirn la variable a controlar (PV) en funcin de la variable manipulada (MV) Tambin se evaluara el comportamiento de los procesos para determinar las curvas caractersticas de diferentes tipos de estos, y as diferenciar la curva de reaccin que se produce cuando se le aplica un escaln y de esa manera obtener los datos necesarios y la ganancia, tiempo muerto, constante de tiempo mediante los mtodos de, tanteo, oscilaciones crticas, ganancia limite, curva de reaccin de orden superior.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

1. Resultados del laboratorio1) Curva caracterstica del procesoI. Determinamos la curva caracterstica del proceso Process/Select model/generic.mld, modificando la variable manipulada OUT (%) y midiendo la variable controlada PV (%) en estado estacionario. Anotamos sus resultados en la Tabla 1 y dibujamos la curva caracterstica. Estudiado de la referencia [2].

Salida del controlador (%) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Variable controlada (%) 22.5 30 37.5 45 52.5 60 67.5 75 82.5 90 97.5 100

Tabla 1. Curva caracterstica del proceso Generic Process.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Figura 1. PCCONTROLAB 2.

CURVA CARACTERSTICA PROCESS120 100 80 PV (%) 60 40 20 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 MV (%) "MV" vs "PV"

Figura 2. Curva caracterstica del proceso Generic Process.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

2) Proceso de Primer OrdenI. Seleccionamos Process/Select Model/folpdt2.mld (proceso de primer orden). Cambiamos la salida del controlador OUT de 35% a 55%. Esto equivale a generar un escaln del 20%. Al estabilizarse la seal PV detenga el grfico presionando PAUSE. Use ZOOM para ampliar el eje vertical.

Figura 3.Curva de reaccin MV vs PV.

INICIAL PV OUT 52.5% 35%

FINAL 82.5% 55%

Tabla 1. Datos medidos.

Kp 1.5

PV 30%

OUT 20%

Tabla 2. Valores calculados.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Estimamos las constantes de tiempo utilizando el mtodo de la tangente.

Estimamos la constante de tiempo T y el tiempo muerto utilizando el mtodo del 63.2%.

(

)

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

II.

En la ventana que aparece con Process/ChangeParameters anote: Dead time (), Process Gain (Kp) y Time Constant (T):

Kp = 1.5

T = 5 min

= 6 min

Coinciden los valores con los anteriormente estimados? Cul de los mtodos es el ms exacto? Si, el ms exacto es el mtodo del 63.2%. III. En la ventana que aparece con Process/ChangeParameters cambie los parmetros:

Kp = 1 IV.

T = 3 min

= 2 min

Cambiamos la salida del controlador OUT de 35% a 55% y estimamos los parmetros utilizando el mtodo del 63.2%:Pgina 8

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

CONTROL AUTOMTICO II

Figura 8. Curva de reaccin MV vs PV.

INICIAL PV OUT 35% 35%

FINAL 55% 55%

Tabla 3. Datos medidos.

PV 20%

OUT 20%

Tabla 4. Datos calculados.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

(

)

3) PROCESOS DE ORDEN SUPERIOR: I. PROCESO DE NIVEL: Mtodo del Tanteo Modo P:En este modo la salida del controlador, MR es el denominado MAIN RESET (Manual Reset: Reset Manual). Este parmetro nos permite reducir el error e(t) entre el SP (Set Point) y la PV (Process Variable). Cuando e (t)=0, MR tiene un valor igual a la salida del controlador OUT. En el men process elegir SelectModel, seleccionar el proceso Generic. Ponga el controlador en MANUAL y en el men control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly. Ponga el controlador en Auto

a) Seleccione TUNE y anote los valores de la ganancia del controlador (GAIN) y MainReset (MR).GAIN= 1 CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS MR = 35. Pgina 10

CONTROL AUTOMTICO II

b) Seleccione SP e ingrese el nuevo valor del Set Point en new SP = 40, luego presione en OK. Esperar que PV se estabilice. Luego seleccionamos View/Data Monitor y anote:

PV = 39.88

SP = 40

OUT = 35.1

Calcular el valor del error en estado estable ess= SP PV = 0.12 Verificar que se cumple la siguiente relacin: OUT = kc (SP PV) + MR Donde Kc es igual a la ganancia del controlador.

c) Ajuste el valor de MR hasta obtener un error igual a cero. Tener presente que para obtener un error igual a cero, se debe cumplir que MR = OUT. Luego anote:PV = 39.88 SP = 40 OUT = 35.1

d) Seleccionar PAUSE luego en TUNE, cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN a 1. En View/Display Preformance Criteria seleccione IAE; luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, despus seleccione RUN u espere a que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

e) Repetir el procedimiento anterior incrementndolo gradualmente el valor de la ganancia del controlador Kc hasta conseguir una buena respuesta.

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 1 (Kc=1):

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 2 (Kc=2)

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4 (Kc=4)

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 6 (Kc=6)

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4.25(Kc=4.25)

Kc PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%)

1 49.9 23.748 50 10.9min 0.1% ---

2 49.96 11.73 50 4.4min 0.04% ---

4 49.91 6.808 50 2.4min 0.08% --

6 50 5.34 50 2.1min 0% 1.8%

4.25 50.02 5.45 50 0.9min-0.02%

---

Tabla 1.

Modo PI: En este modo la salida del controlador sigue en ley de control. ( ) ( )

Estando en el modo P cambie el Set Point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero. Luego ponga el controlador en MANUAL y en el men Control elegir Control Options y en el ControllerType seleccionar PID. Non-Intract. Ponga el controlador en AUTO.CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS Pgina 14

CONTROL AUTOMTICO II

a) Seleccione TUNE y verifique que el tiempo derivativo (DERIV) es igual a cero. b) Seleccionar PAUSE; luego en TUNE, considere la ganancia que en el modo P nos da una mejor respuesta y un tiempo integrativo (RESET) igual a 20. En View Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la Tabla 2. c) Repetir el procedimiento anterior disminuyendo gradualmente los valores de la ganancia del controlador Kc y el tiempo integrativo hasta conseguir el menor tiempo de establecimiento. Anote los resultados obtenidos en la tabla 2.

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4.25 (Kc=4 y Ti=20)

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

CONTROLADOR CON UNA GANANCIA DE 4.25 (Kc=4 y Ti=15)

Kc Ti PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%)

4.25 20 50.27 5 5.88 1.2min 0.27% ---

4.25 15 50.19 6.4 50 1.4min 0.19% ---

Tabla 2.

Modo PID En este modo la salida del controlador sigue la siguiente ley de control ( ) ( ) ( )

Estando en modo PD cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero, luego seleccione TUNE y en options habilite la accin integral, en resetaction seleccione on.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

a) Seleccionar PAUSE luego en TUNE, considere la ganancia que en el modo P da una razn de decaimiento igual a 0,25 y el tiempo integrativo (RESET) que en el modo PI nos dio el mejor resultado y el tiempo derivativo (DERIV) que el modo PD nos dio el mejor resultado. En View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 3. b) Repetir el procedimiento anterior (b) aumentando gradualmente los valores de la ganancia del controlador Kc y el tiempo derivativo y disminuyendo gradualmente el tiempo integrativo hasta conseguir el menor tiempo de establecimiento. Anote los resultados obtenidos en la tabla 4.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

CONTROLADOR CON Kc=4, Ti=15 y Td=0.15

Kc Td Ti PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%)

4.25 0.15 15 50.07 8.1 50 1.7min 0.07% -

Tabla 3

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Comparacin de los modos. Completar en la tabla 5 los mejores resultados obtenidos en los diferentes modos de control.Kc (minutos) (minutos) PV IAE SP Ts(min) ess(%) Overshoot (%) P 4.25 xxxxx xxxxx 50.02 5.45 50 0.9min-0.02%

PI 4.25 15 xxxxx 50.19 6.4 50 1.4min 0.19% ---

PD 4.25 xxxxx 0.15 50.03 13.217 50 3min 0.03% -

PID 4.25 15 0.15 50.07 8.1 50 1.7min 0.07%

---

Tabla 5.

II.

PROCESO DE FLUJO: Mtodo de la oscilacin critica Modo P: En este modo la salida del controlador, MR es el denominado MAIN RESET (Manual Reset: Reset Manual). Este parmetro nos permite reducir el error e(t) entre el SP (Set Point) y la PV (Process Variable). Cuando e (t)=0, MR tiene un valor igual a la salida del controlador OUT. En el men process elegir SelectModel, seleccionar el proceso Generic. Ponga el controlador en MANUAL y en el men control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly. Ponga el controlador en Auto a) Seleccione TUNE y anote los valores de la ganancia del controlador (GAIN) y MainReset (MR). GAIN= 1 MR = 3.

b) Ajuste el valor de MR hasta obtener un error igual a cero. Tener presente que para obtener un error igual a cero, se debe cumplir que MR = OUT. Luego anote: PV = 50 OUT = 30 MR = 31,38

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

c) Seleccionar PAUSE luego en TUNE, cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN a 5. En View/Display Preformance Criteria seleccione IAE; luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 50 a 60, despus seleccione RUN u espere a que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

d) Repetir el procedimiento anterior (f) incrementndolo gradualmente el valor de la ganancia del controlador Kc hasta conseguir la oscilacin critica.

Con una ganancia de Kc=1

Con una ganancia de Kc=2

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Kcrit = 2 T0 = 2 segundos

Mtodo de la oscilacin crtica de Ziegler y Nichols para determinar los parmetros Kc, Ti y Td.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Modo P Kc = 0.5*Tcrit = 2*0.5 = 1

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II Modo PI Kc = 0.45*Kcrit = 0.45*2 = 0.9 Ti = 0.85*Tcrit = 0.85*2 = 1.7

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Modo PID Kc = 0.6*Kcrit = 0.6*2 = 1.2 Ti = 0.5*Tcrit = 0.5*2 =1 Td = 0.125*Tcrit = 0.125*2 = 0.25

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

III. PROCESO DE TEMPERATURA:

Mtodo de la Curva de Reaccin 1. En el men Process elegir SelectModel, seleccionar el proceso temp2. Luego ponga el controlador en MANUAL. 2. Cambie la salida del controlador OUT a 25 y espere que PV se estabilice.

Figura 37. 3. Seleccionar PAUSE, luego cambie la salida del controlador OUT a 40 y en seguida presione RUN. Espere que PV se estabilice.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Figura 38.

4. Anotar los valores de los siguientes parmetros: OUT 1 = 25 PV1 = 47.24 OUT 2 = 40 OUT = OUT2 OUT1 = 15 PV2 = 55.38 PV = PV2 PV1 = 8.14

t0= 7.2 minutos. PV28.3% = PV1 + 0.283 * PV = 49.54 PV63.2% = PV1 + 0.632 * PV = 52.38 t28.3% = t1 t0 = 3.4 Parmetros del proceso Constante de Tiempo = 1,5*(t63.2%- t28.3%) = 5.7 minutos. t1 = 10.6minutos. t2 = 14.4 minutos. t63.2% = t1 t0 = 7.2

Tiempo muerto t = t63.2% - = 1.5 minutos.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

MODO P 5. Ponga el controlador en MANUAL y en el men Control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar ProportionalOnly (MODO P). Luego cambiar SP a 40 y ponga el controlador en automtico. Ingrese a TUNE y ajuste MANUAL RESET hasta que el error de estado estable (SP - PV) sea igual a cero.

Figura 39. CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS Pgina 28

CONTROL AUTOMTICO II

6. Seleccionar PAUSE, luego en TUNE cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN, utilizando la siguiente formula.= 7.01

7. Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 6.

Modo PI 8. Estando en el modo P cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero, luego ponga el controlador en MANUAL y en el men Control elegir Control Options y en ControllerType seleccionar PID, Nonintract, verificar que el tiempo derivativo DERIV es igual a cero (MODO PI). Luego ponga el controlador en moto automtico. Esperar que PV se estabilice.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

9. Seleccione PAUSE, luego en TUNE, cambie los valores de la ganancia del controlador GAIN y el tiempo integrativo RESET, utilizando las siguientes frmulas:

= 6.3

= 4.995

minutos.

Figura 40.

10. Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [Shift] + [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados en la tabla 6.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Figura 41.

11. Estando en el modo PI cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero. Modo PID 12. Seleccione PAUSE, luego en TUNE, cambie los valores de la ganancia del controlador GAIN y del tiempo integrativo RESET, utilizando las siguientes frmulas:

8.42

3 minutos.

0.75 minutos.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Figura 42.

L) Luego en View/Display Performance Criteria seleccione IAR, luego presione [Shift] + [F1].Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.

P Kc (minutos) (minutos) ess(%) Ts (minutos) Overshoot (%) IAE 7 xxxxx xxxxx 1.8 79,7 2.5% 141.28

PI 6.3 4.995 xxxxx 0 41 8.38% 55.023

PID 8.42 3 0.75 0 44.7 3.76% 38.305

Tabla 1.

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

PROCESO DE PRESION:Como es un proceso de cambios rpido se utiliz un modo de control PI.

Figura 1

Figura 2

CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS

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CONTROL AUTOMTICO II

Figura 3

Figura 4 CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS Pgina 34

CONTROL AUTOMTICO II

Figura 5

Figura 6 CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS Pgina 35

CONTROL AUTOMTICO II Luego de haber realizado la sintona para este proceso obtenemos los siguientes valores para su control de este proceso: AEI= 0.387 Kc= 10 Ti =34.99 Ess=50-49.35 Ts=8.1 Overshoot= 5%

3. Conclusiones Cuanto mayor sea la constante de tiempo de la capacidad comparada con el tiempo muerto, mejor ser el control del proceso. Las pruebas de simulacin demostraron que en plantas de orden alto, los modelos de segundo orden tienen ms tiempo muerto y son superiores a los de primer orden. Con este laboratorio se pretende adquirir conocimientos bsicos de sintonizacin que permitan entender, analizar y disear sistemas de control automtico en la industria de procesos. Las acciones proporcional e integral, pueden ser combinadas con la accin derivativa para compensar los procesos con una respuesta lenta. La accin derivativa responde tan rpido como ocurre la desviacin del set point. Los controladores PID son comnmente encontrados en procesos en donde la temperatura es la variable controlada, porque el tiempo de respuesta es relativamente lento. La accin integral a menudo es llamada reajuste (reset) porque reajusta (resetea) la salida del controlador hasta que el set point sea alcanzado. La accin de reajuste (reset). Idealmente, la proporcin en que la accin integral es implementada, no se tiene un impacto negativo en la estabilidad del proceso. El nico tipo de aplicacin en la que el periodo de tiempo no es un problema, es en el control de flujo.

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CONTROL AUTOMTICO II

5. Observaciones Cuando la accin proporcional es excesiva, pequeas desviaciones desde el set point resultan en cambios significativos en la salida. El control proporcional es usado a menudo en sistemas donde el valor de la variable controlada cambia constantemente en respuesta a los disturbios. Una apropiada accin de control provee una rpida respuesta. El programa PCCLAB2 no poda instalarse en Windows 7 por lo que tuvimos problemas para instalarlo. Los controladores proporcionales son diseados para mantener una continua relacin entre la variable controlada y la posicin del elemento final de control.

4. AplicacionesEl controlador responde a incrementos en la variable controlada, presin del calentador.

Por ejemplo, en este sistema, Un censor monitorea la temperatura de la salida del fluido del proceso y enva una seal al transmisor. El transmisor retransmite la seal de temperatura al controlador. El controlador compara la seal de salida del transmisor con el set point y decide si es requerida una accin correctiva. La accin de control proporcional puede tranquilizar mucho al control/ proceso y reducir oscilaciones. Cuando el controlador proporcional recibe la seal del censor,CARACTERSTICAS DE LOS PROCESOS Pgina 37

CONTROL AUTOMTICO II

esta es la presin transmitida por el vapor caliente, el controlador responde a cualquier desviacin del set point en el elemento final de control. El elemento final de control, una vlvula de control de combustible puede estar en posicin abierta, cerrada, o en cualquier otra posicin intermedia, tambin ser posicionada en proporcin a la desviacin. La capacidad de ajustar la posicin de la vlvula, permite un mayor ajuste gradual del flujo de combustible como los cambios de presin del calentador. El Tipo de sintona que se puede utilizar en este caso puede ser por ganancia limite u oscilaciones crticas, puesto que el proceso de es de cambios rpidos.

6. Referencias[1] Rojas Moreno, A., Control de procesos prctico y avanzado, En elaboracin, 2011. [2] http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/589/1/CD-0983.pdf

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