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2.3 CONTROL DE LA TEMPERATURA DEL HORNO DE FUNDICCION

2.3.2 Lazo cerrado con control PID

En principio se estableció un sistema de control como el que se muestra en la figura 2.5, la temperatura que se requiere para la fundición es transmitida al controlador, el cual en función de la diferencia del valor deseado y el obtenido por el transductor, colocara la posición de la válvula para ajustar el caudal preciso de la válvula de alimentación de combustible. Con lo que se logra una acción de control, que en comparación con la que no se le aplica ningún algoritmo de control, que hace que sistema alcanzo el 100% de la respuesta deseada.

La figura 2.6 muestra el diagrama de bloques correspondiente al control de temperatura del horno en retroalimentación con un controlador PID, esto con el fin de que podamos observar la diferencia de las respuestas del control en lazo cerrado sin controlador y control en lazo cerrado con uno.

México DF. Página 22 Figura 2. 6 Diagrama de bloques con el controlador PID.

El diagrama anteriormente mostrado, arroja la gráfica de la figura 2.7. Se puede ver como la salida del sistema alcanza un valor mayor del 100%, lo cual se consideraron satisfactorio en un comienzo. Las oscilaciones son producto de las ganancias PID del controlador.

Figura 2. 7Grafica del sistema controlado con PID.

Sin embargo, si el caudal de la línea de alimentación, que es nuestra variable manipulada, sufre un cambio o perturbación, supongamos una disminución en el nivel del contenedor del combustible para la fundición, como primera estancia crearía una diferencia en el caudal, a continuación esto provocaría un descenso en la temperatura del esmalte cerámico que sería detectado por el transmisor. El transductor detectara este cambio una vez que la temperatura yacambio, lo que afecta en la fundición ocasionando que la frita ceramica no tenga la cocción necesaria, cuando no se alcanza la temperaturaadecuada, la fritacontiene

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

SISTEMA CONTROLADO PID

TIEMPO T E M P E R A T U R A D E E N T R A D A ( % )

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gránulos de material no fundido, si la temperatura aumenta más de lo necesario, ocasiona que el esmalte cerámico se torne obscuro o que no cubra con los requerimientos adecuados para la venta. Algunos defectos de este tipo fueron explicados en el capítulo 1, DEFECTOS EN LOS ESMALTES.

Se debe de considerar que estos sucesos vienen afectados por el retardo de tiempo y el tiempo muerto inherentes a la dinámica propia del horno de fundición, así como por el retardo de tiempo del sensor de temperatura y también por un pequeño tiempo muerto debida a la situación física del sensor. El controlador realimentado no rechaza las perturbaciones hasta que su efecto modifica la salida del sistema o variable controlada. En conjunto el controlador modificara su señal de salida lo que provoca una mayor apertura de la válvula a efectos de compensar la disminución en la presión de combustible tendiendo así a recuperar el caudal inicial.

El horno se encuentre perfectamente optimizado, es evidente que la variable controlada se ve alterada como consecuencia de la perturbación en la variable manipulada. Precisamente si hay acción correctora es porque hay señal de desviación.

Hay que tomar en cuenta diferentes constantes de tiempo muerto en el sistema de control, T1, T2 y los retardos son datos proporcionados por el departamento de control de procesos de la planta de esmalte cerámico. La función de transferencia del horno fue modelada y obtenida por el mismo departamento, así como las constantes de tiempo son correspondientes a los elementos que actualmente están en funcionamiento en la planta. En diagrama de bloques de la figura 2.8 se muestra como un cambio en la línea de presión crea un cambio en el caudal y este a su vez perturba nuestro sistema. Esta perturbación se encuentra entre nuestro elemento final de control y la planta, esto ocasiona que la variable controlada se vea modificada, esdecir, que la perturbación que afecta a nuestro sistema es detectada una vez que ya tuvo efecto sobre nuestro proceso a controlar.

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Esta perturbación tienes la misma función de transferencia que la válvula de control ya que representan la misma parte del proceso, la válvula de control modifica o cambia el caudal y la perturbación es una modificación o cambio de caudal.

Figura 2. 8Control de temperatura del horno con perturbación en la variable manipulada.

La grafica de la figura 2.9, que se muestra en la siguiente página, muestra la gráfica del diagrama de bloques de la figura 2.8 en la cual se puede ver como la perturbación afecta el sistema. Esta grafica muestra la respuesta del sistema ante una entrada de escalón unitario con una perturbación con señal de entrada unitaria, esta representa el cambio de caudal en la variable manipulada.

Figura 2. 9Grafica de la temperatura del horno con perturbación en la variable manipulada.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 X: 890Y: 1.099

SISTEMA RETROALIMENTADO CON PERTURBACION DEL 20%

TIEMPO T E M P E R A T U R A D E E N T R A D A ( % ) Perturbación del 20 % en la variable manipulada.

México DF. Página 25 A continuación se presenta la definición del tiempo muerto de primer y segundo orden, esto con el fin de explicar que los elementos fiscos reales tienes presentan un atraso por transporte, es decir, las respuestas reales se ven atrasadas por un tiempo definido por las características físicas de cada elemento.

Nótese que en la figura 2.9 se muestra un recuadro de valores en x, y; el valor de y es de 1.099 esto significa que la perturbación hace que nuestro sistema alcance un sobre impulso de .099 con respecto a la consiga simulada, con una perturbación en la variable manipulada del 20%.

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