Transcript Modos de control
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FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE
CONTROL
-Introducción
Propósito de un Sistema
HVAC
-Definición de sistemas de
control
Que es un Control
-Componentes de sistemas
de Control
-Controladores
Variables manipuladas
-Lazos
Circuito abierto,
Circuito cerrado
-Modos de control
Control de 2 posiciónes
Control por etapas
Control flotante
Control proporcional
Control proporcionalintegral
Control proporcionalintegral-derivativo
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FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE
CONTROL
-Controles de temperatura y
sus
aplicaciones
convencionales
-Componentes de un Control
de Temperatura
-Fan & Coil
-Equipo Paquete
-Controles de presión
-Controles de humedad
-Actuadores
-Compuertas
-Válvulas
-Casos prácticos en cálculo de
compuertas y válvulas
-Instrumentación
-Termostatos
-Actuadores
-Compuertas
-Válvulas
-Instrumentación de
Medición
-Termómetros
-Manómetros
-Graficadores
-etc.
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INTRODUCCION
El proprósito de este curso es describir
que es un sistema de control (HVAC) y
proporcionar las características y los
componentes de los sistemas de
control automatico.
Proveer y mantener un
ambiente confortable dentro de
un edificio para los ocupantes
y/o proceso.
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DEFINICIÓN DE SISTEMAS DE
CONTROL
El control automático consiste en mantener un
valor dentro de un punto de ajuste, midiendo el
valor existente, comparándolo con el valor
deseado, y utilizándo la diferencia para proceder
a reducirla. En consecuencia el control
automático exige un lazo cerrado de acción y
reacción que funcione sin intervención humana.
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COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA
DE CONTROL
Valor Existente
23°
Valor Deseado
(Set Point)
22°
21°
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UN SISTEMA DE CONTROL HVAC
AUTOMATIZADO SE COMPONE DE:
•Equipos Centrales (UMAs, UEA, TE, DX,
Cajas VAV)
•Sistema de Control (Termostatos,
Controladores, Estaciones de Trabajo,
Software)
•Sensores y Actuadores (Temperatura,
Humedad, Presión, Válvulas, Actuadores,
Variadores de Frecuencia)
•Secuencias de Operación (Horarios,
Estrategias de Control, Secuencias de
Operación)
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APLICACIONES
Fan & Coil
Compuerta de Zona
Unidad Manejadora de Aire
Unidad Manejadora de Aire Multizona
Control de Humedad y Temperatura
Unidades Paquete
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COMPONENTES DEL SISTEMA DE
CONTROL
•El Actuador
•Serpentin A.H.
•La Medición
•El Control
Automático
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LAZO: CIRCUITO ABIERTO
Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la
acción de control es independiente a la entrada.
- La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción con
exactitud está determinada por un control externo, el cual
establece una relación entre la entrada y la salida con el fin
de obtener del sistema la exactitud deseada.
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LAZO: CIRCUITO ABIERTO
VARIADOR DE
FRECUENCIA
(SALIDA)
CONTROLADOR
(ENTRADA)
(ENTRADA)
(SALIDA)
SENSOR DE
PRESION
FLUJO DE AIRE
VENTILADOR
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LAZO: CIRCUITO
CERRADO
Los sistemas de control
de lazo cerrado se
llaman comúnmente
sistemas de control por
realimentación (o
retroalimentación).
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LAZO: CIRCUITO
CERRADO
VARIADOR DE
FRECUENCIA
(ENTRADA)
(SALIDA)
(SALIDA)
SENSOR DE
PRESION
FLUJO DE AIRE
VENTILADOR
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¿QUÉ ES UN PUNTO DE CONTROL?
• Un punto es cualquier
dispositivo o variable de
entrada o salida
empleado para
controlar el equipo.
• Analógo
Control con
una señal específica de 420mA/0-10VDC/210VDC/135 Ohms
• Digital
Control de 2
Posiciones (ON – OFF)
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PUNTO
ANALÓGICO
PUNTO DIGITAL
ENTRADA
ENTRADA
TB7980A1006
TERMOSTATO
MODULANTE
Señal 4 – 20 mA/210 VDC/135 ohms
SALIDA
ACTUADOR
ML7984A4009
C437D1021
INTERRUPTOR
DIFERENCIAL
DE PRESION
DE AIRE
Señal Digital
ON-OFF
SALIDA
ALARMA
AUDIBLE
O VISIBLE
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MODOS DE CONTROL
Los sistemas de control utilizan diferentes
modos de control para lograr sus propósitos.
Los modos de control para aplicaciones
comerciales son:
•Control en 2 Posiciones
•Control por Pasos
•Control Flotante
•Control Proporcional
•Control Proporcional-Integral
•Control Proporcional-Integral-Derivativo
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TIPOS DE SEÑALES
• DIGITALES
– On/Off, Etapas
– 0 ó 24 VDC
– Pulsos
– Flotante
on
off
• ANÁLOGAS
20mA
– 0-5VDC
– 0-10, 2-10VDC
– 0-20, 4-20mA
0mA
– 0-135
– 1K , 10K
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CONTROL
EN 2 POSICIONES ON/OFF
El elemento de control final ocupa una de dos posiciones posibles. Dos
valores de la variable controlada (normalmente ON/OFF), determinan la
posición del elemento de control.
A medida que la variable de control alcanza uno de los dos valores, el
elemento de control asume la posición que corresponde a las
demandas del controlador, y permanece ahí hasta que la variable de
control cambia a otro valor.
El elemento de control se desplaza hacia la otra posición y permance
ahí hasta que la variable controlada regresa al otro límiete.
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CONTROL
EN 2 POSICIONES
ON/OFF
SEÑAL
DIGITAL
– 0 ó 24 VAC
– 0 ó 24 VDC
on
off
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CONTROL
EN 2 POSICIONES ON/OFF
Acción Directa e Inversa
Acción Directa:
El diferencial se encuentra por encima del
punto de ajuste.
Encendido
Punto de
Ajuste
Apagado
Encendido
Acción Inversa:
El diferencial se encuentra por debajo del
punto de ajuste.
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CONTROL POR ETAPAS
Los controladores por pasos operan interruptores o
relevadores en secuencia para habilitar o deshabilitar
múltiples salidas, o etapas, de dispositivos de dos posiciones,
tales como calentadores eléctricos y compresoras de
refrigeración recíproca.
El control por pasos utiliza
una señal proporcional para
intentar lograr una salida
proporcional del equipo, el
cual por lo regular es “on”
“off”.
En la figura se muestra como se pueden distribuir las etapas
para operar con o sin traslape de los diferenciales de
operación (on/off). En este caso los diferenciales típicos de
dos posiciones continúan existiendo pero la salida total es
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CONTROL FLOTANTE
El control flotante es una variante en dos posiciones y a menudo
se conoce como “control en tres posiciones”.
El control flotante requiere un actuador de movimiento lento y
un sensor de respuesta rápida.
El control flotante mantiene el punto de control cerca del punto
de ajuste en cualquier nivel de carga, y sólo se puede utilizar en
sistemas con retraso mínimo entre el medio controlado y el
sensor de control.
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CONTROL FLOTANTE
O 3 POSICIONES
SEÑAL
DIGITAL
– 0 ó 24 VAC
– 0 ó 24 VDC
Terminal (2)
Terminal (3)
on
on
off
off
t
t
Terminales:
(1) Común
(2)
Gira a la derecha (abrir)
(3)
Gira a la izquierda (cerrar)
Tiempo de rotación: 100 Segundos
Ejemplo:
Inicio: 0%; T(2)=20s, T(2)=30s, T(3)=15s, T(3)=12s, T(2)=35s; Final: 58%
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CONTROL FLOTANTE
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CONTROL PROPORCIONAL
En el control
proporcional el
elemento de control
final se desplaza a
una posición
proporcional a la
desviación del valor
de la variable
controlada del
punto de ajuste. La
posición del
elemento de control
final es una función
lineal del valor de la
variable controlada.
100%
Abierto
Posición Final del
Elemento de Control
50%
Abierto
Cerrado
20
21
22
23
Punto de Control (°C)
Rango de Control
24
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CONTROL PROPORCIONAL
SEÑAL
DIGITAL
– 0 ó 24 VAC
– 0 ó 24 VDC
2V
100 %
0%
2V
10 V
10 V
Ley de ohm:
V= I x R; R = 500 Ω
V = 4mA x 500 Ω = 2 V
V = 20mA x 500 Ω = 10 V
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CONTROL
PROPORCIONAL - INTEGRAL
En el modo con control proporcional-integral (PI), el
restablecimiento del punto de control es automático. El
control PI elimina virtualmente la divergencia y hace que la
banda proporcional sea casi invisible. Tan pronto como la
variable controlada se desvía por arriva o por debajo del
punto de ajuste y se produce divergencia, la banda
proporcional cambia de manera gradual y automática, y la
variable regresa al punto de ajuste.
La principal diferencia entre el control proporcional y el
control PI es que el control proporcional está limitado a una
sola posición del elemento de control final para cada valor de
la variable controlada. El control PI cambia la posición de l
elemento de control final para acomodar cambios de carga
y, al mismo tiempo, mantiene el punto de control en el
punto de ajuste o muy cerca de él.
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CONTROL
PROPORCIONAL – INTEGRAL - DERIVATIVO
El control Proporcional-Integral-Derivativo (PID) añade la
función derivada al control PI. Esta función opone cualquier
cambio y es proporcional al rango de cambio. Cuanto más
rápido cambia el punto de control, mayor acción correctiva
proporciona el sistema PID.
Si el punto de control se aleja del punto de ajuste, la
función derivada emite una acción correctiva para que el
punto de control regrese más rápido que a través de la acción
integral por sí sola. Si el punto de control se acerca al punto
de ajuste, la función derivada reduce la acción correctiva para
que se acerque de manera más lenta al punto de ajuste, lo
cual reduce la posibilidad de sobrecalentamiento.
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GRAFICAS COMPARATIVAS DE LA SEÑAL DE
CONTROL
Punto de Control
Punto de Control
Compensación
Compensación
Punto
Final
Punto
Final
CONTROL
PROPORCIONAL
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Tiempo
CONTROL
PI
Punto de Control
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Tiempo
Compensación
Punto
Final
CONTROL
PID
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Tiempo
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CONTROLES DE TEMPERATURA Y
SUS APLICACIONES
CONVENCIONALES
SENSOR
CONTROLADOR
Los controladores reciben las
entradas de los sensores. El
controlador opera la señal de
entrada con la condición
deseada, o un punto de ajuste,
y genera una señal de salida
para operar un dispositivo
controlado. El controlador
puede tener un sensor
integrado, por ejemplo, un
termostato, o éste puede estar
ubicado a cierta distancia del
DISPOSITIVOS
controlador.
CONTROLADOS
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COMPONENTES QUE CONSTITUYEN
UN CONTROL DE TEMPERATURA
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EL SENSOR
Detecta alguna condición y responde
con algún cambio físico
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EL ENLACE
Transmite y amplifica el cambio identificado por el sensor y
proporciona un medio para calibrarse en la fábrica y ajustarse en
campo.
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EL RESULTADO FINAL
Envía la señal de salida a un mecanismo.
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El Control Terminado
Enlace
Resultado final
(Salida)
Sensor
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+
Fan&Coil
Características
Control manual de las tres
velocidades del ventilador y
posición de apagado
Ajuste de temperatura por
medio de botones digitales
y/o perilla con un rango de
15°C a 30°C
Alimentación a 24VAC,
120VAC o 220 VAC
Opciones disponibles: Frio,
Frio y Calor con cambio
manual y/o Automático.
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APLICACIÓN FAN & COIL
Arranque / Paro
Control de Velocidades
Automatico y manual
Fan
Enfriamiento
Calefaccion
Enfriamiento
T6573A1031 T6575C1001
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+
EXPANSION
DIRECTA
Características
Control manual y/o
automático del ventilador (1
velocidad).
Ajuste de temperatura por
medio de botones digitales
y/o perilla con un rango de
15°C a 30°C.
Alimentación a 24VAC y/o
120VAC.
Opciones disponibles: Frio,
Frio y Calor, Multietapas con
cambio Manual y/o
Automático, y Control para
Bomba de Calor.
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CONTROLES DE HUMEDAD
Los elementos que miden la humedad relativa por lo regular
son mecánicos o electrónicos. Los elementos mecánicos se
expanden y contraen a medida que cambia el nivel de
humedad y se denominan elementos “higroscópicos”, el
elemento que más se utiliza es el naylon, a medida que cambia
el contenido de humedad en el aire circundante, el elemento
de naylon absorve o libera humedad, expandiéndose o
contrayéndose, respectivamente. El movimiento del elemento
opera el mecanismo del controlador.
La medición electrónica de la humedad relativa es rápida y
precisa. Un sensor electrónico de humedad relativa responde al
cambio de humedad cambiando ya sea la resistencia o
capacitancia del elemento.
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CONTROLES DE HUMEDAD
Los sensores de humedad NO se deben utilizar en atmósferas
con grandes variaciones de temperatura,
SE CIERRA AL
SUBIR LA HR
W
B
HUMIDOSTATO
SE CIERRA AL
BAJAR LA HR
R
VERANO
DESHUMIDIFICADOR
INTERRUPTOR
INVIERNO
HUMIDIFICADOR
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CONTROLES DE
PRESION
Los sensores de presión responden a la presión de un vacío perfecto
(sensores de presión absoluta), a la presión atmosférica (sensores de
presión manométrica), o a la presión de un segundo sistema
(sensores de presión diferencial), tal como la presión dentro de un
serpentín o filtro. Los sensores de presión miden la presión de un gas
o líquido en líbras por pulgada cuadrada. La baja presión por lo
regular se mide en pulgadas de agua. La presión puede ser generada
por un ventilador, una bomba o condensador, una caldera u otros
medios.
Los controladores de presión utilizan fuelles, diafragmas o
dispositivos sensores de presión similares. El medio bajo presión es
transmitido directamente al dispositivo, y el movimiento del
dispositivo sensible a la presión opera el mecanismo de un
controlador conmutador neumático o eléctrico. Algunas variaciones
de sensores de presión miden el rango y cantidad de flujo, el nivel de
líquido y la presión estática. Los sensores en estado sólido pueden
utilizar el efecto de piezoresistencia, donde el aumento de la presión
ejercida sobre cristales de silicio produce cambios de resistencia en los
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ACTUADORES
Un Actuador es un dispositivo que convierte energía eléctrica o
neumática en una acción giratoria o lineal. El actuador produce
un cambio en la variable controlada, operando diversos
dispositivos de control final, tales como válvulas y compuertas.
En general, los actuadores neumáticos proveen acción
proporcional o moduladora, lo que significa que pueden
mantener cualquier posición en función de la presión del aire
que se les suministra.
Los actuadores electrónicos son actuadores eléctricos con
control proporcional, son bidireccionales, es decir giran en una
dirección para abrir la válvula o la compuerta, y en la otra
dirección para cerrarlas. Algunos actuadores requieren energía
para cada dirección de recorrido, otros se alimentan en una
dirección y almacenan energía en un resorte para el recorrido
de retorno.
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ACTUADORES
ACTUADOR PARA
COMPUERTA
ACTUADOR PARA
VÁLVULA
ACTUADOR PARA
FAN & COIL
ML6161A2009
ML7984A4009
VC4011
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COMPUERTAS
Las compuertas son
dispositivos de control
instaladas en sistemas de aire
acondicionado para regular el
paso del flujo de aire que se
desea suministrar.
Existen compuertas
normalmente abiertas o
normalmente cerradas, estas
a su vez son manipuladas por
medio de un motor actuador
que es controlado según los
requerimientos del sistema.
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La Válvula de
Control es
Básicamente un
Orificio Variable
por efecto de un u
Actuador
VÁLVULAS
Válvula
x
ACTUADOR
Señal de
Control
F
CUERPO
Caudal
X = Desplazamiento
Esta Válvula utiliza una señal externa
que puede ser neumática o eléctrica y
posteriormente la transforma
(Actuador) en una de tipo mecánica
que incide en el cabezal (Cuerpo de la
Válvula)
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INSTRUMENTACION DE MEDICIÓN
Es el Grupo de Elementos que sirven para medir, controlar o
registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los
recursos utilizados en éste.
En otras palabras la
instrumentación es la
ventana a la realidad
de lo que esta
sucediendo en
determinado proceso,
nos sirve para actuar
sobre algúnos
parámetros del
sistema.
Algunos instrumentos
de medición:
•Termómetros
•Manómetros
•Graficadores
•Flujómetros
•Etc.
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INSTRUMENTACIÓN
DE MEDICIÓN
De acuerdo con las normas SAMA (Scientific Apparatus
Makers Association), PMC20, las características de mayor
importancia, para los instrumentos son:
•CAMPO DE MEDIDA O RANGO (RANGE): Es el conjunto de
valores dentro de los límites superior e inferior de medida, en los
cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. Por
ejemplo, un termómetro de mercurio con rango de 0 a 50 °C.
•ALCANCE (SPAN): Es la diferencia entre el valor superior e inferior
del campo de medida. Para el caso del termómetro del ejemplo, el
SPAN será de 50°C.
•ERROR: Es la diferencia que existiría entre el valor que el
instrumento indique que tenga la variable de proceso y el valor que
realmente tenga esta variable en ese momento.
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INSTRUMENTACIÓN
DE MEDICIÓN
•PRECISIÓN: Esto es la tolerancia mínima de medida que permitirá
indicar, registrar o controlar el instrumento. En otras palabras, es la
mínima división de escala de un instrumento indicador. Generalmente
se expresa en porcentaje (%) del SPAN.
•ZONA MUERTA (DEAD BAND): Es el máximo campo de variación
de la variable en el proceso real, para el cual el instrumento no
registra ninguna variación en su indicación, registro o control.
•SENSIBILIDAD: Es la relación entre la variación de la lectura del
instrumento y el cambio en el proceso que causa este efecto.
•REPETIBILIDAD: Es la capacidad de un instrumento de repetir el
valor de una medición, de un mismo valor de la variable real en una
única dirección de medición.
•HISTERESIS: Similar a la repetibilidad, pero en este caso el proceso
de medición se efectuará en ambas direcciónes.
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INSTRUMENTACIÓN
DE MEDICIÓN
•CAMPO DE MEDIDA CON SUPRESIÓN DE CERO: Es aquel
rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por encima
del cero real de la variable.
•CAMPO DE MEDIDA CON ELEVACIÓN DE CERO: Es aquel
rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo
de cero de las variables.
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TERMÓMETROS
El termómetro es un instrumento de
medición de la temperatura, que usa el
principio de la dilatación, por lo que se
prefiere el uso de materiales con un
coeficiente de dilatación alto de modo que,
al aumentar la temperatura, la dilatación
del material sea fácilmente visible.
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MANÓMETROS
•Un manoscopio o manómetro es un aparato que sirve
para medir la presión de gases o líquidos contenidos en
recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los
de líquidos y los metálicos.
Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, como
líquido manométrico el mercurio, que llena parcialmente
un tubo en forma de U.
En los manómetros metálicos la
presión da lugar a deformaciones en
una cavidad o tubo metálico,
denominado tubo de Bourdon en
honor a su inventor. Estas
deformaciones se transmiten a
través de un sistema mecánico a una
aguja que marca directamente la
presión sobre una escala graduada.
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GRAFICADORES
Los graficadores son instrumentos
de medición que registran los
valores medidos a través del
tiempo en una grafica circular la
cual va girando conforme
transcurre el tiempo en la
dirección que se requiera CW o
CCW, estos registran por medio
de una abuja (manipulada por el
elemento sensor) que escribe sobre
el papel circular. Actualmente
también podemos encontrar
graficadores electrónicos digitales.
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INTERRUPTORES DE
FLUJO
Los interruptores detectan el flujo de
un caudal líquido y lo transforman en
una salida digital. Haciendo un
permisivo para el arranque y paro de
un equipo.
Un interruptor de flujo sencillo
consta de una aleta o paleta
introducida en un medio. La paleta se
flexiona a medida que el medio fluye,
indicando que está fluyendo en cierta
dirección.
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Slide 55
FIN
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CONTROL PROPORCIONAL
La salida del controlador es proporcional a la desviación del
punto de control con respecto al punto de ajuste. Un
controlador proporcional se puede describir en términos
matemáticos de la siguiente manera:
V = KE + M
V = Señal de Salida
K = Constante de Proporcionalidad (Ganancia)
E = Desviación (Punto de Control – Punto de Ajuste)
M = Valor de la Salida Cuando la Desviación es Cero
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CONTROL
PROPORCIONAL - INTEGRAL
El control PI agrega un componente al algoritmo del control
proporcional. En términos matemáticos se describe de la
siguiente manera:
K
V = KE + T1f E dt + M
INTEGRAL
V
= Señal de Salida
K
= Constante de Proporcionalidad (Ganancia)
E
= Desviación (Punto de Control – Punto de
Ajuste)
T1
= Tiempo de Restablecimiento
K/T1 = Ganancia de Restablecimiento
dt
= Diferencial de Tiempo
M
= Valor de la Salida Cuando
la Desviación es Cero
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CONTROL
PROPORCIONAL – INTEGRAL - DERIVATIVO
La expresión matemática completa para el control PID es la
siguiente:
K
dE
f
V = KE + T1 E dt + KTD dt + M
PROPORCIONAL
INTEGRAL
DERIVATIVA
V = Señal de Salida
K = Constante de Proporcionalidad (Ganancia)
E
= Desviación (Punto de Control – Punto de Ajuste)
T1
= Tiempo de Restablecimiento
K/T1 = Ganancia de Restablecimiento
dt
= Diferencial de Tiempo
TD = Tiempo de Relación (Intervalo en el cual la derivada acelera
el efecto de la acción proporcional).
KTD = Constante de ganancia de Relación
dE/dt = Derivada de la desviación con respecto al tiempo (relación
del cambio de la señal de error).
M
= Valor de la Salida Cuando la Desviación es Cero
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FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE
CONTROL
-Introducción
Propósito de un Sistema
HVAC
-Definición de sistemas de
control
Que es un Control
-Componentes de sistemas
de Control
-Controladores
Variables manipuladas
-Lazos
Circuito abierto,
Circuito cerrado
-Modos de control
Control de 2 posiciónes
Control por etapas
Control flotante
Control proporcional
Control proporcionalintegral
Control proporcionalintegral-derivativo
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FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE
CONTROL
-Controles de temperatura y
sus
aplicaciones
convencionales
-Componentes de un Control
de Temperatura
-Fan & Coil
-Equipo Paquete
-Controles de presión
-Controles de humedad
-Actuadores
-Compuertas
-Válvulas
-Casos prácticos en cálculo de
compuertas y válvulas
-Instrumentación
-Termostatos
-Actuadores
-Compuertas
-Válvulas
-Instrumentación de
Medición
-Termómetros
-Manómetros
-Graficadores
-etc.
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INTRODUCCION
El proprósito de este curso es describir
que es un sistema de control (HVAC) y
proporcionar las características y los
componentes de los sistemas de
control automatico.
Proveer y mantener un
ambiente confortable dentro de
un edificio para los ocupantes
y/o proceso.
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DEFINICIÓN DE SISTEMAS DE
CONTROL
El control automático consiste en mantener un
valor dentro de un punto de ajuste, midiendo el
valor existente, comparándolo con el valor
deseado, y utilizándo la diferencia para proceder
a reducirla. En consecuencia el control
automático exige un lazo cerrado de acción y
reacción que funcione sin intervención humana.
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COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA
DE CONTROL
Valor Existente
23°
Valor Deseado
(Set Point)
22°
21°
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UN SISTEMA DE CONTROL HVAC
AUTOMATIZADO SE COMPONE DE:
•Equipos Centrales (UMAs, UEA, TE, DX,
Cajas VAV)
•Sistema de Control (Termostatos,
Controladores, Estaciones de Trabajo,
Software)
•Sensores y Actuadores (Temperatura,
Humedad, Presión, Válvulas, Actuadores,
Variadores de Frecuencia)
•Secuencias de Operación (Horarios,
Estrategias de Control, Secuencias de
Operación)
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APLICACIONES
Fan & Coil
Compuerta de Zona
Unidad Manejadora de Aire
Unidad Manejadora de Aire Multizona
Control de Humedad y Temperatura
Unidades Paquete
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COMPONENTES DEL SISTEMA DE
CONTROL
•El Actuador
•Serpentin A.H.
•La Medición
•El Control
Automático
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LAZO: CIRCUITO ABIERTO
Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la
acción de control es independiente a la entrada.
- La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción con
exactitud está determinada por un control externo, el cual
establece una relación entre la entrada y la salida con el fin
de obtener del sistema la exactitud deseada.
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LAZO: CIRCUITO ABIERTO
VARIADOR DE
FRECUENCIA
(SALIDA)
CONTROLADOR
(ENTRADA)
(ENTRADA)
(SALIDA)
SENSOR DE
PRESION
FLUJO DE AIRE
VENTILADOR
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LAZO: CIRCUITO
CERRADO
Los sistemas de control
de lazo cerrado se
llaman comúnmente
sistemas de control por
realimentación (o
retroalimentación).
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LAZO: CIRCUITO
CERRADO
VARIADOR DE
FRECUENCIA
(ENTRADA)
(SALIDA)
(SALIDA)
SENSOR DE
PRESION
FLUJO DE AIRE
VENTILADOR
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¿QUÉ ES UN PUNTO DE CONTROL?
• Un punto es cualquier
dispositivo o variable de
entrada o salida
empleado para
controlar el equipo.
• Analógo
Control con
una señal específica de 420mA/0-10VDC/210VDC/135 Ohms
• Digital
Control de 2
Posiciones (ON – OFF)
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PUNTO
ANALÓGICO
PUNTO DIGITAL
ENTRADA
ENTRADA
TB7980A1006
TERMOSTATO
MODULANTE
Señal 4 – 20 mA/210 VDC/135 ohms
SALIDA
ACTUADOR
ML7984A4009
C437D1021
INTERRUPTOR
DIFERENCIAL
DE PRESION
DE AIRE
Señal Digital
ON-OFF
SALIDA
ALARMA
AUDIBLE
O VISIBLE
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MODOS DE CONTROL
Los sistemas de control utilizan diferentes
modos de control para lograr sus propósitos.
Los modos de control para aplicaciones
comerciales son:
•Control en 2 Posiciones
•Control por Pasos
•Control Flotante
•Control Proporcional
•Control Proporcional-Integral
•Control Proporcional-Integral-Derivativo
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TIPOS DE SEÑALES
• DIGITALES
– On/Off, Etapas
– 0 ó 24 VDC
– Pulsos
– Flotante
on
off
• ANÁLOGAS
20mA
– 0-5VDC
– 0-10, 2-10VDC
– 0-20, 4-20mA
0mA
– 0-135
– 1K , 10K
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CONTROL
EN 2 POSICIONES ON/OFF
El elemento de control final ocupa una de dos posiciones posibles. Dos
valores de la variable controlada (normalmente ON/OFF), determinan la
posición del elemento de control.
A medida que la variable de control alcanza uno de los dos valores, el
elemento de control asume la posición que corresponde a las
demandas del controlador, y permanece ahí hasta que la variable de
control cambia a otro valor.
El elemento de control se desplaza hacia la otra posición y permance
ahí hasta que la variable controlada regresa al otro límiete.
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CONTROL
EN 2 POSICIONES
ON/OFF
SEÑAL
DIGITAL
– 0 ó 24 VAC
– 0 ó 24 VDC
on
off
Slide 20
CONTROL
EN 2 POSICIONES ON/OFF
Acción Directa e Inversa
Acción Directa:
El diferencial se encuentra por encima del
punto de ajuste.
Encendido
Punto de
Ajuste
Apagado
Encendido
Acción Inversa:
El diferencial se encuentra por debajo del
punto de ajuste.
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CONTROL POR ETAPAS
Los controladores por pasos operan interruptores o
relevadores en secuencia para habilitar o deshabilitar
múltiples salidas, o etapas, de dispositivos de dos posiciones,
tales como calentadores eléctricos y compresoras de
refrigeración recíproca.
El control por pasos utiliza
una señal proporcional para
intentar lograr una salida
proporcional del equipo, el
cual por lo regular es “on”
“off”.
En la figura se muestra como se pueden distribuir las etapas
para operar con o sin traslape de los diferenciales de
operación (on/off). En este caso los diferenciales típicos de
dos posiciones continúan existiendo pero la salida total es
Slide 22
CONTROL FLOTANTE
El control flotante es una variante en dos posiciones y a menudo
se conoce como “control en tres posiciones”.
El control flotante requiere un actuador de movimiento lento y
un sensor de respuesta rápida.
El control flotante mantiene el punto de control cerca del punto
de ajuste en cualquier nivel de carga, y sólo se puede utilizar en
sistemas con retraso mínimo entre el medio controlado y el
sensor de control.
Slide 23
CONTROL FLOTANTE
O 3 POSICIONES
SEÑAL
DIGITAL
– 0 ó 24 VAC
– 0 ó 24 VDC
Terminal (2)
Terminal (3)
on
on
off
off
t
t
Terminales:
(1) Común
(2)
Gira a la derecha (abrir)
(3)
Gira a la izquierda (cerrar)
Tiempo de rotación: 100 Segundos
Ejemplo:
Inicio: 0%; T(2)=20s, T(2)=30s, T(3)=15s, T(3)=12s, T(2)=35s; Final: 58%
Slide 24
CONTROL FLOTANTE
Slide 25
CONTROL PROPORCIONAL
En el control
proporcional el
elemento de control
final se desplaza a
una posición
proporcional a la
desviación del valor
de la variable
controlada del
punto de ajuste. La
posición del
elemento de control
final es una función
lineal del valor de la
variable controlada.
100%
Abierto
Posición Final del
Elemento de Control
50%
Abierto
Cerrado
20
21
22
23
Punto de Control (°C)
Rango de Control
24
Slide 26
CONTROL PROPORCIONAL
SEÑAL
DIGITAL
– 0 ó 24 VAC
– 0 ó 24 VDC
2V
100 %
0%
2V
10 V
10 V
Ley de ohm:
V= I x R; R = 500 Ω
V = 4mA x 500 Ω = 2 V
V = 20mA x 500 Ω = 10 V
Slide 27
CONTROL
PROPORCIONAL - INTEGRAL
En el modo con control proporcional-integral (PI), el
restablecimiento del punto de control es automático. El
control PI elimina virtualmente la divergencia y hace que la
banda proporcional sea casi invisible. Tan pronto como la
variable controlada se desvía por arriva o por debajo del
punto de ajuste y se produce divergencia, la banda
proporcional cambia de manera gradual y automática, y la
variable regresa al punto de ajuste.
La principal diferencia entre el control proporcional y el
control PI es que el control proporcional está limitado a una
sola posición del elemento de control final para cada valor de
la variable controlada. El control PI cambia la posición de l
elemento de control final para acomodar cambios de carga
y, al mismo tiempo, mantiene el punto de control en el
punto de ajuste o muy cerca de él.
Slide 28
CONTROL
PROPORCIONAL – INTEGRAL - DERIVATIVO
El control Proporcional-Integral-Derivativo (PID) añade la
función derivada al control PI. Esta función opone cualquier
cambio y es proporcional al rango de cambio. Cuanto más
rápido cambia el punto de control, mayor acción correctiva
proporciona el sistema PID.
Si el punto de control se aleja del punto de ajuste, la
función derivada emite una acción correctiva para que el
punto de control regrese más rápido que a través de la acción
integral por sí sola. Si el punto de control se acerca al punto
de ajuste, la función derivada reduce la acción correctiva para
que se acerque de manera más lenta al punto de ajuste, lo
cual reduce la posibilidad de sobrecalentamiento.
Slide 29
GRAFICAS COMPARATIVAS DE LA SEÑAL DE
CONTROL
Punto de Control
Punto de Control
Compensación
Compensación
Punto
Final
Punto
Final
CONTROL
PROPORCIONAL
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Tiempo
CONTROL
PI
Punto de Control
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Tiempo
Compensación
Punto
Final
CONTROL
PID
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Tiempo
Slide 30
CONTROLES DE TEMPERATURA Y
SUS APLICACIONES
CONVENCIONALES
SENSOR
CONTROLADOR
Los controladores reciben las
entradas de los sensores. El
controlador opera la señal de
entrada con la condición
deseada, o un punto de ajuste,
y genera una señal de salida
para operar un dispositivo
controlado. El controlador
puede tener un sensor
integrado, por ejemplo, un
termostato, o éste puede estar
ubicado a cierta distancia del
DISPOSITIVOS
controlador.
CONTROLADOS
Slide 31
COMPONENTES QUE CONSTITUYEN
UN CONTROL DE TEMPERATURA
Slide 32
EL SENSOR
Detecta alguna condición y responde
con algún cambio físico
Slide 33
EL ENLACE
Transmite y amplifica el cambio identificado por el sensor y
proporciona un medio para calibrarse en la fábrica y ajustarse en
campo.
Slide 34
EL RESULTADO FINAL
Envía la señal de salida a un mecanismo.
Slide 35
El Control Terminado
Enlace
Resultado final
(Salida)
Sensor
Slide 36
+
Fan&Coil
Características
Control manual de las tres
velocidades del ventilador y
posición de apagado
Ajuste de temperatura por
medio de botones digitales
y/o perilla con un rango de
15°C a 30°C
Alimentación a 24VAC,
120VAC o 220 VAC
Opciones disponibles: Frio,
Frio y Calor con cambio
manual y/o Automático.
Slide 37
APLICACIÓN FAN & COIL
Arranque / Paro
Control de Velocidades
Automatico y manual
Fan
Enfriamiento
Calefaccion
Enfriamiento
T6573A1031 T6575C1001
Slide 38
+
EXPANSION
DIRECTA
Características
Control manual y/o
automático del ventilador (1
velocidad).
Ajuste de temperatura por
medio de botones digitales
y/o perilla con un rango de
15°C a 30°C.
Alimentación a 24VAC y/o
120VAC.
Opciones disponibles: Frio,
Frio y Calor, Multietapas con
cambio Manual y/o
Automático, y Control para
Bomba de Calor.
Slide 39
CONTROLES DE HUMEDAD
Los elementos que miden la humedad relativa por lo regular
son mecánicos o electrónicos. Los elementos mecánicos se
expanden y contraen a medida que cambia el nivel de
humedad y se denominan elementos “higroscópicos”, el
elemento que más se utiliza es el naylon, a medida que cambia
el contenido de humedad en el aire circundante, el elemento
de naylon absorve o libera humedad, expandiéndose o
contrayéndose, respectivamente. El movimiento del elemento
opera el mecanismo del controlador.
La medición electrónica de la humedad relativa es rápida y
precisa. Un sensor electrónico de humedad relativa responde al
cambio de humedad cambiando ya sea la resistencia o
capacitancia del elemento.
Slide 40
CONTROLES DE HUMEDAD
Los sensores de humedad NO se deben utilizar en atmósferas
con grandes variaciones de temperatura,
SE CIERRA AL
SUBIR LA HR
W
B
HUMIDOSTATO
SE CIERRA AL
BAJAR LA HR
R
VERANO
DESHUMIDIFICADOR
INTERRUPTOR
INVIERNO
HUMIDIFICADOR
Slide 41
CONTROLES DE
PRESION
Los sensores de presión responden a la presión de un vacío perfecto
(sensores de presión absoluta), a la presión atmosférica (sensores de
presión manométrica), o a la presión de un segundo sistema
(sensores de presión diferencial), tal como la presión dentro de un
serpentín o filtro. Los sensores de presión miden la presión de un gas
o líquido en líbras por pulgada cuadrada. La baja presión por lo
regular se mide en pulgadas de agua. La presión puede ser generada
por un ventilador, una bomba o condensador, una caldera u otros
medios.
Los controladores de presión utilizan fuelles, diafragmas o
dispositivos sensores de presión similares. El medio bajo presión es
transmitido directamente al dispositivo, y el movimiento del
dispositivo sensible a la presión opera el mecanismo de un
controlador conmutador neumático o eléctrico. Algunas variaciones
de sensores de presión miden el rango y cantidad de flujo, el nivel de
líquido y la presión estática. Los sensores en estado sólido pueden
utilizar el efecto de piezoresistencia, donde el aumento de la presión
ejercida sobre cristales de silicio produce cambios de resistencia en los
Slide 42
ACTUADORES
Un Actuador es un dispositivo que convierte energía eléctrica o
neumática en una acción giratoria o lineal. El actuador produce
un cambio en la variable controlada, operando diversos
dispositivos de control final, tales como válvulas y compuertas.
En general, los actuadores neumáticos proveen acción
proporcional o moduladora, lo que significa que pueden
mantener cualquier posición en función de la presión del aire
que se les suministra.
Los actuadores electrónicos son actuadores eléctricos con
control proporcional, son bidireccionales, es decir giran en una
dirección para abrir la válvula o la compuerta, y en la otra
dirección para cerrarlas. Algunos actuadores requieren energía
para cada dirección de recorrido, otros se alimentan en una
dirección y almacenan energía en un resorte para el recorrido
de retorno.
Slide 43
ACTUADORES
ACTUADOR PARA
COMPUERTA
ACTUADOR PARA
VÁLVULA
ACTUADOR PARA
FAN & COIL
ML6161A2009
ML7984A4009
VC4011
Slide 44
COMPUERTAS
Las compuertas son
dispositivos de control
instaladas en sistemas de aire
acondicionado para regular el
paso del flujo de aire que se
desea suministrar.
Existen compuertas
normalmente abiertas o
normalmente cerradas, estas
a su vez son manipuladas por
medio de un motor actuador
que es controlado según los
requerimientos del sistema.
Slide 45
La Válvula de
Control es
Básicamente un
Orificio Variable
por efecto de un u
Actuador
VÁLVULAS
Válvula
x
ACTUADOR
Señal de
Control
F
CUERPO
Caudal
X = Desplazamiento
Esta Válvula utiliza una señal externa
que puede ser neumática o eléctrica y
posteriormente la transforma
(Actuador) en una de tipo mecánica
que incide en el cabezal (Cuerpo de la
Válvula)
Slide 46
INSTRUMENTACION DE MEDICIÓN
Es el Grupo de Elementos que sirven para medir, controlar o
registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los
recursos utilizados en éste.
En otras palabras la
instrumentación es la
ventana a la realidad
de lo que esta
sucediendo en
determinado proceso,
nos sirve para actuar
sobre algúnos
parámetros del
sistema.
Algunos instrumentos
de medición:
•Termómetros
•Manómetros
•Graficadores
•Flujómetros
•Etc.
Slide 47
INSTRUMENTACIÓN
DE MEDICIÓN
De acuerdo con las normas SAMA (Scientific Apparatus
Makers Association), PMC20, las características de mayor
importancia, para los instrumentos son:
•CAMPO DE MEDIDA O RANGO (RANGE): Es el conjunto de
valores dentro de los límites superior e inferior de medida, en los
cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. Por
ejemplo, un termómetro de mercurio con rango de 0 a 50 °C.
•ALCANCE (SPAN): Es la diferencia entre el valor superior e inferior
del campo de medida. Para el caso del termómetro del ejemplo, el
SPAN será de 50°C.
•ERROR: Es la diferencia que existiría entre el valor que el
instrumento indique que tenga la variable de proceso y el valor que
realmente tenga esta variable en ese momento.
Slide 48
INSTRUMENTACIÓN
DE MEDICIÓN
•PRECISIÓN: Esto es la tolerancia mínima de medida que permitirá
indicar, registrar o controlar el instrumento. En otras palabras, es la
mínima división de escala de un instrumento indicador. Generalmente
se expresa en porcentaje (%) del SPAN.
•ZONA MUERTA (DEAD BAND): Es el máximo campo de variación
de la variable en el proceso real, para el cual el instrumento no
registra ninguna variación en su indicación, registro o control.
•SENSIBILIDAD: Es la relación entre la variación de la lectura del
instrumento y el cambio en el proceso que causa este efecto.
•REPETIBILIDAD: Es la capacidad de un instrumento de repetir el
valor de una medición, de un mismo valor de la variable real en una
única dirección de medición.
•HISTERESIS: Similar a la repetibilidad, pero en este caso el proceso
de medición se efectuará en ambas direcciónes.
Slide 49
INSTRUMENTACIÓN
DE MEDICIÓN
•CAMPO DE MEDIDA CON SUPRESIÓN DE CERO: Es aquel
rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por encima
del cero real de la variable.
•CAMPO DE MEDIDA CON ELEVACIÓN DE CERO: Es aquel
rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo
de cero de las variables.
Slide 50
TERMÓMETROS
El termómetro es un instrumento de
medición de la temperatura, que usa el
principio de la dilatación, por lo que se
prefiere el uso de materiales con un
coeficiente de dilatación alto de modo que,
al aumentar la temperatura, la dilatación
del material sea fácilmente visible.
Slide 51
MANÓMETROS
•Un manoscopio o manómetro es un aparato que sirve
para medir la presión de gases o líquidos contenidos en
recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los
de líquidos y los metálicos.
Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, como
líquido manométrico el mercurio, que llena parcialmente
un tubo en forma de U.
En los manómetros metálicos la
presión da lugar a deformaciones en
una cavidad o tubo metálico,
denominado tubo de Bourdon en
honor a su inventor. Estas
deformaciones se transmiten a
través de un sistema mecánico a una
aguja que marca directamente la
presión sobre una escala graduada.
Slide 52
GRAFICADORES
Los graficadores son instrumentos
de medición que registran los
valores medidos a través del
tiempo en una grafica circular la
cual va girando conforme
transcurre el tiempo en la
dirección que se requiera CW o
CCW, estos registran por medio
de una abuja (manipulada por el
elemento sensor) que escribe sobre
el papel circular. Actualmente
también podemos encontrar
graficadores electrónicos digitales.
Slide 53
INTERRUPTORES DE
FLUJO
Los interruptores detectan el flujo de
un caudal líquido y lo transforman en
una salida digital. Haciendo un
permisivo para el arranque y paro de
un equipo.
Un interruptor de flujo sencillo
consta de una aleta o paleta
introducida en un medio. La paleta se
flexiona a medida que el medio fluye,
indicando que está fluyendo en cierta
dirección.
Slide 54
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Slide 55
FIN
Slide 56
CONTROL PROPORCIONAL
La salida del controlador es proporcional a la desviación del
punto de control con respecto al punto de ajuste. Un
controlador proporcional se puede describir en términos
matemáticos de la siguiente manera:
V = KE + M
V = Señal de Salida
K = Constante de Proporcionalidad (Ganancia)
E = Desviación (Punto de Control – Punto de Ajuste)
M = Valor de la Salida Cuando la Desviación es Cero
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CONTROL
PROPORCIONAL - INTEGRAL
El control PI agrega un componente al algoritmo del control
proporcional. En términos matemáticos se describe de la
siguiente manera:
K
V = KE + T1f E dt + M
INTEGRAL
V
= Señal de Salida
K
= Constante de Proporcionalidad (Ganancia)
E
= Desviación (Punto de Control – Punto de
Ajuste)
T1
= Tiempo de Restablecimiento
K/T1 = Ganancia de Restablecimiento
dt
= Diferencial de Tiempo
M
= Valor de la Salida Cuando
la Desviación es Cero
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CONTROL
PROPORCIONAL – INTEGRAL - DERIVATIVO
La expresión matemática completa para el control PID es la
siguiente:
K
dE
f
V = KE + T1 E dt + KTD dt + M
PROPORCIONAL
INTEGRAL
DERIVATIVA
V = Señal de Salida
K = Constante de Proporcionalidad (Ganancia)
E
= Desviación (Punto de Control – Punto de Ajuste)
T1
= Tiempo de Restablecimiento
K/T1 = Ganancia de Restablecimiento
dt
= Diferencial de Tiempo
TD = Tiempo de Relación (Intervalo en el cual la derivada acelera
el efecto de la acción proporcional).
KTD = Constante de ganancia de Relación
dE/dt = Derivada de la desviación con respecto al tiempo (relación
del cambio de la señal de error).
M
= Valor de la Salida Cuando la Desviación es Cero