CIDEAD. 2º Bachillerato.3º Trimestre.Tecnología Industrial II Tema 8.- Componentes de un sistema de control.

Transcripción

1 Desarrollo del tema. 1. Los componentes de un sistema de control. 2. El regulador. 3. Los transductores y los captadores. 4. Los comparadares. 5. Los actuadores. 1

2 1. Los componentes de un sistema de control. Para llevar a cabo un sistema de control, es necesaria una regulación en bucle cerrado. Un sistema en bucle cerrado, lo constituye los siguientes elementos: Los componentes fundamentales de este sistema serán: a. El regulador o amplificador, que analiza la señal de salida del comparador y determina la actuación del accionador. Constituye, junto con el transductor y el comparador, los tres elementos que forman el controlador automático. b. El transductor y captador. Son dispositivos que transforman una señal física evaluable en otra diferente c. El comparador o detector de error. Proporciona la diferencia entre la señal de salida deseada y la obtenida realmente. d. El accionador o actuador. Es el elemento final de control que actúa sobre el proceso según la señal de mando que reciba el regulador. 2. El regulador. Hace años, el control de los procesos industriales se realizaba de forma manual; lo realizaba el propio operario basándose en la experiencia, para conseguir el mejor producto final. Después, era necesario para los controles de calidad, recurrir a una serie de variables de control, que se obtenían usando reguladores. Para conseguir el aumento de calidad, actualmente se utiliza la informática para conseguir los valores de las variables más apropiados. El regulador constituye el elemento fundamental en un sistema de control, pues determina el comportamiento del bucle, condicionando la acción del elemento actuador en función del error obtenido. La forma en que el regulador genera la señal de control se denomina acción de control. 2

3 Algunas de ellas se conocen como acciones básicas de control. 3. Los transductores y los captadores. Los transductores transmiten la información de su entrada a su salida adaptando el tipo de energía. Los transductores traducen o transforman una magnitud de entrada en otra de salida que sea fácil de procesar. Los captadores, captan una determinada información y la adaptan para su posterior procesamiento, es decir, para realimentarla. A pesar de su diferente misión, la naturaleza de ambos dispositivos es la misma, su única diferencia es el lugar donde se coloca en el diagrama de bloques o en el sistema. Los comparadares. El comparador compara la señal de consigna (la señal del transductor) con la señal de salida del captador, generándose una señal de error. Es un elemento que solamente aparece en los sistemas de control de bucle cerrado, donde existe un bloque de retroalimentación de la señal de salida. El comparador se integra en el regulador. La diferencia entre el valor medio de la variable controlada y el valor de consigna, se obtiene por diferentes procedimientos: a. Neumáticos.- Se determina la diferencia de las dos señales por la diferente presión mediante un muelle. Cuando la presión es igual, el señalador se mantiene en la posición central, desplazándose hacia un lado o hacia el otro dependiendo del diferencial que exista. 3

4 b. Mecánico.- Permiten comparar dos movimientos. Se puede regular mediante un sistema formado por una barra rígida que se une a otras dos barras paralelas mediante dos rótulas, que cuando el punto de control de ambas se encuentre en la misma perpendicular, es decir que la barra rígida esté perpendicular, las dos señales ( de consigna y la variable controlada) son las mismas. Cualquier separación de la perpendicular supone una variación de las dos señales. c. Eléctricos.- La señal de error se obtiene, en este caso, como una diferencia de potencial. Se puede utilizar para ello un puente de potenciómetros. d. Electrónicos.- La comparación se puede realizar utilizando diferentes circuitos electrónicos. 9. Los actuadores. Los elementos finales de control reciben el nombre de efectores o actuadores. Actúan como elementos de mando de una válvula, de una compuerta, etc. Entre éstos podemos identificar a los relés, los interruptores, etc que actúan ante una señal eléctrica o neumática procedente del regulador 4

5 y de actuar sobre la planta o proceso modificando alguno de los parámetros fundamentales en el funcionamiento. En determinados elementos de control, la variable no es el caudal sino la temperatura, utilizándose elementos actuadores como son los electrónicos. El mas utilizado es el rectificador controlado de silicio (SCR), que funciona de manera similar a un diodo, bloqueando el paso de la corriente en sentido inverso y en sentido directo hasta que recibe la señal, denominada disparo. Las SCR (Silicon Controlled Rectifier) se han desarrollado en el campo de control de potencia, por sus dimensiones reducidas y el trabajo con alta densidad de corriente. En el control neumático el elemento actuador es una válvula, que regula el paso el fluido. Dentro de las válvulas, las válvulas de control son elementos esenciales en los controles automáticos de procesos industriales, variando el caudal del fluido de control para que se modifique a su vez el valor de la variable de medida. Una válvula de control se comporta como un orificio de área continuamente variable. Las válvulas de control se componen básicamente de: a. Cuerpo.- En el cuerpo se encuentra el obturador y el asiento, que forman parte del elemento principal de la válvula, ya que controlan el caudal por medio del orificio de paso variable que forman al modificar la posición relativa. El obturador se encuentra unido a un vástago. El cuerpo de la válvula está provisto de roscas o bridas para conectar esta válvula a la tubería. b. El servomotor.- Se encarga de accionar el vástago que hace que el obturador suba o baje, realizando el control del caudal. Pueden ser neumáticos, eléctricos, hidráulicos, digitales, aunque prácticamente el 90 % de las válvulas industriales son accionadas neumáticamente. Una tapa se encarga de unir el cuerpo de la válvula con el servomotor. En el mercado existen una gran cantidad de válvulas que se diferencian entre si según el cuerpo o por el servomotor (movimiento del obturador). Muchas veces estas válvulas han de resistir altas temperaturas y presiones y pueden sufrir erosión o corrosión. Durante el funcionamiento de las válvulas, se encuentran sometidas a procesos de corrosión, por parte de los fluidos que circulan o por la acción ambiental. Para su protección se recurre a diferentes materiales anticorrosivos y a un revestimiento exterior. La erosión se produce por el choque mecánico de determinadas partículas que pueden transportar, por lo que es necesario seleccionar perfectamente la válvula a utilizar dependiendo del ambiente de trabajo. 5

6 Problema 1.- Una galga extensiométrica, cuyo factor de sensibilidad es de K=2, posee cuando se encuentra sin deformar una resistencia de 4000 Ω y una vez deformada su resistencia pasa a ser de 4011,6 Ω. Calcular: a. La deformación unitaria por unidad de longitud ε. b. Si el material es de acero E = 2,2 105 N/mm2, calcular su tensión. c. Si la barra de acero posee una sección de 25 mm2, cuál será su fuerza de tracción?. d. Si la barra de acero tiene una longitud de 2,5 m. Calcular la longitud después de la deformación. x Resolución.- R = R0 (1 + x ) ; x = 0,0029 ; ε = = 0,00145 K σ = E. ε = 319 N/mm2 F = σ. S = 7975 N ε= L L0 = 0,00145 ;; L = 2,50363 m. L0 6

7 Anexos.- Varios transductores. 7

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11 E I Modelo : Sensor inductivo de Proximidad Diámetro de la caja en mm Distancia nominal de detección en m Tipo de salida Caja de acero inoxidable 11 NA CS