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¿RESISTENCIA EN UN LAZO DE CONTROL?

Muchas veces se me ha preguntado el porqué de utilizar un resistor dentro del lazo de control de una variable de proceso. A partir de esta inquietud se derivan otros aspectos que son relevantes dentro del óptimo funcionamiento de la estructura de control. En esta oportunidad vengo a explicar un poco sobre dicha inquietdud.

¿Para que sirve un resistor dentro de un lazo de control?

Por lo general los instrumentos de campo son alimentados con una fuente de corriente contínua cuyo valor normalizado es de 24V DC. En la mayoria de los casos los instrumentos de campo tienen inmersos una impedancia adaptada a los valores de la fuente de alimentación; en otros, el resistor se puede colocar y retirar debido a la misma configuración del fabricante.  Este resistor normalmente tiene un valor de 250 ohm.

Un poco de números

Cuando un instrumento de campo, en particular un transmisor, detecta un cambio en la variable de proceso que está midiento a traves del sensor conectado a él, de manera consecuente envia una señal análoga (en miliamperios) hacia el sistema de control. Normalmente los dispositivos de control utilizan una señal de voltaje en su conversor análogo digital (ADC) para realizar los procesos de escalización y normalización dentro de su estrategia de control. En estonces cuando la función del resistor empieza a relucir, ya que el dispositivo de control se conecta en paralelo a este resistor para tomar dichos valores de voltaje (o incluye la resistencia e internamente hace ese proceso), obteniendo los siguientes resultados:

  • Si el instrumento detecta que su PV se encuentra al 0% de su campo de medida, la cantidad de corriente a enviar por el lazo será de 4 mA, entonces el voltaje que debe llegar al dispositivo de control a traves del resistor de 250 ohm es 1V DC.
  • Si el instrumento detecta que su PV se encuentra al 25% de su campo de medida, la cantida de corriente a enviar por el lazo será de 8 mA, entonces el voltaje que debe llegar al dispositivo de control a traves del resistor de 250 ohm es 2V DC.
  • Si ahora la PV se encuentra al 50% de su rango, la cantidad de corriente a enviar por el lazo será de 12 mA, entonces el voltaje que debe llegar al dispositivo de control a traves del resistor de 250 ohm es 3V DC.
  • Luego, la PV se encuentra al 75% de su rango, entonces la cantidad de corriente a enviar por el lazo será de 16 mA, que para este caso el voltaje que debe llegar al dispositivo de control a traves del resistor de 250 ohm es 4V DC.
  • Cuando la PV se encuentra al 100% de su campo de medida, la cantida de corriente a enviar por el lazo será de 20 mA, en este caso el voltaje que debe llegar al dispositivo de control a traves del resistor de 250 ohm es 5V DC.

Con estos valores el sistema de control puede trabajar cómodamente y realizar su proceso de control según la estrategia planteada. Cabe anotar que hay casos en los que el sistema de control utiliza señales de 0 10 V DC, motivo por el cual se puede sustituir el valor del resistor de 250 ohm a 500 ohm, garantizando todo el campo de medida en el ADC del dispositivo controlador en cuestión.

Una Anécdota

Puedo resaltar el caso de un cliente que solicitó la verificación de un medidor de flujo, el arrojaba un valor de 2,99 mA al 0% y de 15,93 mA al 100% de la variable, usando el modo simulación de dicho instrumento. En conjunto con el cliente, se hizo la revisión del conexionado del instrumento hacia el dispositivo de control (en este caso un PLC) y se evidenció que se encontraba en óptimas condiciones y realizado con base a las recomendaciones del fabricante. Se procedió a verificar el procedimiento en modo simulación y se evidenció que la causa de la variación de los valores de corriente (y por ende de voltaje hacia el PLC) se debía a que dentro del lazo de control había conectado otro resistor en paralelo al lazo, haciendo que la corriente se dividiera y no enviara el valor adecuado al dispositivo controlador.  Retirado este elemento, el dispositivo empezó a funcionar correctamente. Luego de ello se realizó prueba del lazo en cuestión utilizando un resistor de 270 ohm con una fuente de alimentación de 25V proveniente del medidor de flujo, como se observa en la siguiente imagen.

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FT, resistor, voltimetro y amperímetro en lazo abierto.

Los resultados obtenidos luego de retirar la resistencia adicional son los siguientes:

PORCENTAJE mA TEORICO mA OBTENIDO V OBTENIDO %ERROR mA
0% 4mA 3,98mA 1,1V 0,5%
25% 8mA 7,98mA 2,1V 0,25%
50% 12mA 11,98mA 3,2V 0,17%
75% 16mA 15,97mA 4,3V 0,19%
100% 20mA 19,95mA 5,4V 0,25%

Al final, el cliente quedó satisfecho de la asesoria y acompañamiento realizado, y recomendó a INSTRUMENTOS & AUTÓMATAS para próximos proyectos.

 

 

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UN ACERCAMIENTO A LAS VÁLVULA DE CONTROL EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Los procesos industriales constan de cientos, e incluso miles de lazos de control interconectados cuyo objetivo principal es obtener un producto final. Cada uno de estos lazos de control está diseñado para  controlar las variables de proceso que interviene en la realización de dicho producto final, tales como presión, temperatura, nivel, flujo, densidad, peso, velocidad, etc. Estos lazos de control reciben y asimismo crean perturbaciones que deterioran la señal de la variable de proceso, y la interacción de otros lazos en la red de comunicación industrial también aporta perturbaciones  que  pueden afectar sustancialmente la variable de proceso.

Para mitigar el efecto de las perturbaciones, los elementos primarios en conjunto con los transmisores recolectan la información de la variable de proceso. El controlador recibe dicha información y con base en su programación, determina la estrategia que se debe realizar para regresar la variable de proceso afectada al valor de consigna luego de haberse dado la perturbación. Cuando todas las medidas, comparaciones y cálculos se han realizado en el controlador, es necesario seleccionar elementos finales de control de manera estratégica para llevar a cabo la orden dada por éste.

La mayoría de los elementos finales de control que se encuentran en los diversos procesos industriales son válvulas de control. La válvula de control, entonces, es  un instrumento capaz de manipular un fluido que puede ser gas, vapor, agua, una sustancia química, etc. Esto lo realiza para compensar las perturbaciones y mantener la variable de proceso regulada y establecida, tanto como sea posible, en el valor de consigna. La siguiente imagen superior muestra una válvula de control típica dentro de un proceso inustrial.

Muchas de las personas que comentan acerca de válvulas de control se refieren realmente a la estructura física de la válvula. Una válvula de control típica consta del cuerpo de la válvula, sus partes internas, un actuador que proporciona el movimiento para operar la válvula, y una variedad adicional de accesorios que pueden incluir entre posicionadores, transductores, elementos reguladores de presión, operadores manuales (ej: volanta), interruptores limitadores, entre otros.

La versatilidad que demuestra la válvula de control para ejecutar la orden dada por el controlador en diversos tipos de industrias y a diferentes condiciones de proceso hacen que se encuentre dentro las mas utilizadas como elemento final de control. Su relación costo/beneficio, contribuye a tener procesos competitivos, eficientes, autónomos. Adicional, es recomendable acompañar su uso de un adecuado plan de mantenimiento para garantizar su vida útil, junto al resto de instrumentos y elementos que conforman el lazo de control.

Si requiere profundizar  acerca de las válvulas de control, recomiendo el libro Control Valve Handbook, 4th Edition, el cual  tiene información interesante respecto a este tema.