Ilustración del principio de control por etapas y aplicaciones del control por etapas

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Este mensaje fue editado por última vez por yunrun el 18-6-2020 a las 15:58. El control por rangos es un método bastante común en la producción de productos petroquímicos. En este artículo, Changhui Instruments comparte conocimientos sobre los principios del control por rangos y sus aplicaciones, lo que ayuda a los técnicos a diseñar y utilizar eficazmente sistemas de control por rangos. Control por etapas: yunrun.com.cn/tech/2611.html. Se trata de un sistema de control de retroalimentación negativa sencillo; normalmente, la salida de control del regulador sirve para controlar únicamente un actuador o una válvula de control, como se muestra en la Figura 1. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111756353175.png Figura 1: Diagrama de bloques del sistema de control de circuito simple.
http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111613141692.png Figura 2: Esquema que muestra las características de una válvula de regulación. Si la salida de un regulador se envía simultáneamente a dos válvulas de control, se puede crear un sistema de control por etapas, como se muestra en las figuras 3 y 4. Estas dos válvulas se utilizan en paralelo; ambas son válvulas de apertura por presión de aire. Las dos válvulas recorren todo su rango de movimiento, de completamente abiertas a completamente cerradas, en diferentes intervalos de la señal de control. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111627181650.png Figura 3: Diagrama de bloques del sistema de control por etapas. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111629546169.png Figura 4: Características de funcionamiento del sistema de control por etapas. Dado que las válvulas de regulación neumáticas pueden operar en modo abierto o cerrado, existen cuatro combinaciones posibles para estas dos válvulas. Como se muestra en las figuras 5 a 8. Las figuras 5 y 6 muestran el movimiento de las válvulas en la misma dirección, mientras que las figuras 7 y 8 muestran que las dos válvulas se mueven en direcciones opuestas. Aunque el control por etapas puede realizarse con dos o más válvulas, generalmente se utiliza el control en dos etapas con dos válvulas. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111643377379.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111645371246.png Figura 5 Figura 6 http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111648000331.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111649004943.png Figura 7 Figura 8 Aplicaciones del control por etapas 1. Mejorar el rango de ajuste de la válvula. La válvula de control permite regular un caudal mínimo de Qmin y un caudal máximo de Qmax. El rango de ajuste se define como R = Qmax/Qmin. En la mayoría de las válvulas fabricadas en el país, este rango es de 30. En algunos casos, esto no es suficiente; por lo tanto, es necesario mejorar este rango de ajuste para poder adaptarse a cambios significativos en la carga y así mejorar la calidad del control. Para ello, se puede utilizar el control por etapas. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111643377379.png Tomando como ejemplo la válvula de tipo “air-operated” que se muestra en la imagen anterior, supongamos que el caudal máximo que se puede controlar es 200. Si R=30, entonces el caudal mínimo que se puede controlar será 200/30=6.67. Tras adoptar el control por etapas, las dos válvulas funcionan en diferentes rangos de señales de control. En cuanto al conjunto formado por estas dos válvulas conectadas en paralelo, que sirven para controlar el caudal mínimo, se puede lograr un caudal mínimo de Q′min = Qmin = 6.67 ； Se puede controlar el caudal máximo Q′max=2×Qmin=400. Entonces, el ratio ajustable es R′=Q′max/Q′min=400/6.67=60. Como se puede ver, el ratio ajustable se ha duplicado. 2. Utilizar alternativamente diferentes métodos de trabajo. En el proceso de producción industrial, a veces es necesario emplear distintos métodos de control, como se muestra en los ejemplos de las figuras 9 a 10. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111712531944.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111722140027.png Figura 9: Esquema de control por etapas para el sellado con nitrógeno en los tanques de almacenamiento (la válvula A está diseñada para cerrarse con aire, mientras que la válvula B se abre con aire). Figura 10: Gráfico que muestra las características del control por etapas para el sellado con nitrógeno. El sellado con nitrógeno consiste en llenar la parte superior de algunos tanques de almacenamiento de aceite con nitrógeno, con el fin de aislar el aceite del oxígeno presente en el aire. La parte superior del tanque está llena de nitrógeno, lo que mantiene una presión ligeramente positiva. A medida que cambia el nivel del líquido, también cambia la presión en la parte superior. ◆Cuando el nivel del líquido aumenta, la presión también aumenta. ◆ Cuando el nivel del líquido disminuye, la presión disminuye. No está permitido que la presión en los tanques de almacenamiento de aceites con nitrógeno aumente o disminuya en exceso. ◆Proceso de control por etapas con nitrógeno: Cuando el nivel del líquido aumenta, la válvula B se cierra y la válvula A se abre, permitiendo así la salida de nitrógeno para mantener constante la presión. ◆ Cuando el nivel del líquido disminuye, la válvula B se abre y la válvula A se cierra, lo que permite la entrada de nitrógeno para mantener constante la presión. ◆ Cuando el nivel del líquido varía ligeramente, la presión también varía ligeramente. En este caso, el sistema de control no interviene; es decir, ni se introduce ni se elimina nitrógeno. Esto se denomina zona de seguridad. Se puede evitar que las válvulas se activen con frecuencia, manteniendo así la estabilidad del sistema. 3. Satisfacer las necesidades de las diferentes etapas del proceso de producción. En los procesos químicos exotérmicos, en la fase inicial de la reacción es necesario calentar los materiales para iniciar dicho proceso ； Dado que se trata de una reacción exotérmica, el calor en el reactor se acumula constantemente. Por lo tanto, la cantidad de calor que es necesario compensar disminuye gradualmente. Cuando el calor generado supera la cantidad necesaria para el proceso de reacción, ya no es posible añadir más calor; por el contrario, es necesario enfriar el reactor para eliminar el exceso de calor producido durante la reacción. Para este tipo de procesos, se puede utilizar el control por etapas que se muestra en las figuras 11 y 12. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111740500933.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111741591468.png Figura 11: Sistema de control por rangos de temperatura en reactores intermitentes. Figura 12: Diagrama de características del sistema de control por rangos de temperatura en reactores intermitentes. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111749274616.png Figura 13: Diagrama esquemático del sistema de control por rangos de temperatura en reactores intermitentes. Nota: En el sistema de control por rangos de temperatura en reactores intermitentes, el regulador funciona como un elemento de retroalimentación ； Válvula A: Cierre por aire ； Válvula B: Abierto por presión de aire ； Objeto 1: Reacción ； Objeto 2: Efecto positivo. El sistema de control por rangos de temperatura en reactores intermitentes funciona con retroalimentación negativa cada vez que se abre una válvula. Basándose en estos tres ejemplos de control por etapas y en los diagramas correspondientes de los sistemas, se cree que todos ya tienen una comprensión básica del principio del control por etapas y de los sistemas de este tipo. Se recomienda que consulten también el artículo “Si no sabes cómo calcular y determinar los puntos de división, mejor no digas que entiendes el control por etapas”