• Elementos de control saturados: Cuando se alcanza el final de la escala

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Una reciente entrada en el blog Real World Engineering describía una situación problemática que es probablemente bastante común. El texto mencionaba una planta con un soplador de tiro inducido en un oxidante térmico regenerativo (OTR). El problema era que cada vez que la planta operaba el soplador, este funcionaba invariablemente a plena velocidad con un ruido que molestaba a los residentes que viven en cerca de la planta.

El problema no era que el ventilador no tuviera control de velocidad. Al contrario, tenía un variador de frecuencia que parecía estar atascado en el máximo. El autor señaló que el problema no se encontraba en el variador de frecuencia, sino en el sistema de control. El soplador estaba regulado por un controlador que se suponía modulaba la velocidad conforme a las demandas del OTR. El especialista en reparaciones descubrió que el instalador no llegó a ajustar el bucle y había dejado descuidadamente el punto de ajuste fijado de tal manera que el controlador exigía un volumen de aire mayor al que el ventilador era capaz de entregar, incluso funcionando a plena velocidad.

Este calentador está a plena potencia, pero no puede rendir lo suficiente para que el proceso alcance su punto de ajuste. Se equilibra en algún momento.En términos de bucle de control, el soplador se describe como saturado. Lo hace lo mejor que puede, pero no puede mover la variable de proceso al punto de ajuste. Dichas condiciones saturadas no son tan extrañas, especialmente cuando una empresa trata de aumentar la producción de un determinado proceso. Ese punto de control en el proceso se convierte en el cuello de botella o el factor limitante para la producción de esa unidad. Si alguna vez te has quedado sin agua caliente porque demasiadas personas quieren ducharse a la vez, es que se ha saturado el calentador de agua. El quemador se puede activar a plena potencia, pero no puede satisfacer toda la demanda.

Una vez saturado algún elemento del proceso, el resultado dependerá de la naturaleza general del proceso. Algunos procesos se caracterizan por ser autorreguladores. Esto significa que con el tiempo adquirirán algún estado subóptimo, pero seguirán funcionando. El soplador seguía captando aire del OTR y la ducha aún funciona, aunque probablemente más fría de lo deseable. Los procesos autorreguladores pueden identificarse en la sala de control mirando los rastros en la pantalla. Si bien la variable de proceso no alcanzará el punto de ajuste, sí se equilibrará en algún momento y funcionará más o menos en paralelo al punto de ajuste.

En este ejemplo, el rendimiento del proceso se basa en la salida de un depósito. Si se ajusta una salida más alta que la entrada máxima, el nivel descenderá hasta el vaciado, punto en el cual la salida es igual a la entrada.Otros procesos se denominan integradores (también conocidos como no autorreguladores), lo cual significa que solo pueden funcionar durante un periodo de tiempo limitado cuando están fuera de control antes de que surja un problema específico. El ejemplo clásico de un proceso integrador es un depósito de almacenamiento. Si la entrada al depósito es mayor que la salida, y la válvula de salida está totalmente abierta (saturada), solo será cuestión de tiempo que se desborde. Del mismo modo, si la salida es mayor que la entrada, porque la válvula de llenado del depósito está completamente abierta (una vez más, saturada), el depósito acabará quedándose vacío. Los procesos integradores se pueden identificar en la sala de control cuando la variable de proceso se aleja cada vez más del punto de ajuste.

Los elementos de control saturados pueden hacer que un proceso sea difícil de controlar. Cuando una válvula, bomba, calentador o algún otro dispositivo alcanza el extremo de su escala, ese dispositivo se convierte en el elemento de control primario. Si el proceso no se diseñó para que el dispositivo asumiera dicha función, tendrás un problema. La mejor opción puede ser ajustar todo de nuevo hasta que haya cierto margen. A la larga, estos dispositivos se deben sustituir por otros con un tamaño más adecuado. Con el tiempo, los eslabones débiles de la cadena se pueden eliminar, creando un proceso que pueda operar cómodamente en los niveles de rendimiento deseados.

Peter Welander es un gestor de contenidos para Control Engineering. pwelander@cfemedia.com

Más información sobre cómo un controlador saturado provoca saturación en un bucle de control PID.

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