Cada dispositivo de control tiene una respuesta característica a las perturbaciones en un sistema y a los cambios de puntos de ajuste. Para algunos dispositivos, el tiempo de respuesta se puede optimizar según un proceso y entorno específicos. Los nuevos desarrollos en los equipos de control de caudal másico o de control de presión, han permitido implementar la función de “autoajuste”, para establecer rápidamente un excelente control de flujo cuando nos enfrenamos a un nuevo proceso o modificamos las condiciones de operación de un proceso existente.

La calidad del control de flujo depende del tiempo de respuesta

Un sistema de control de flujo o presión debe poder detectar cambios dentro de un proceso y responder con la suficiente rapidez para mitigarlos. Para algunos procesos simples, el sistema de control puede ser tan básico como, por ejemplo, un buen regulador de presión junto con un orificio para mantener el caudal deseado. Sin embargo, la mayoría de los sistemas son más complejos y requieren un sistema de control para responder a los cambios de presión, temperatura, etc., que afectarán al caudal.

El "tiempo de respuesta" de un dispositivo de caudal se puede definir de varias maneras. La Figura 1 muestra una definición común del tiempo de respuesta del control, como la suma de:

• El “tiempo muerto” (la duración entre la solicitud del punto de ajuste y cuando el dispositivo comienza a responder), y
• la “constante de tiempo” (el tiempo necesario para que el dispositivo se mueva un 63,2% del valor inicial al nuevo valor).

Figura 1: Una definición común de tiempo de respuesta de control.

En general, una respuesta más rápida del dispositivo corregirá las perturbaciones en un sistema más rápidamente y permitirá que el dispositivo siga más de cerca los cambios de los puntos de ajuste. La Figura 2 ilustra cómo varios dispositivos de control pueden responder a una onda de presión que se mueve a través de un sistema. El efecto inicial de la perturbación es el mismo para los cuatro dispositivos de control; sin embargo, el dispositivo con tiempo de respuesta más rápido (azul) minimiza el efecto de la perturbación y devuelve el flujo al punto de ajuste con mayor rapidez.

Figura 2: Cuando se abre una válvula aguas arriba, un dispositivo de control con un tiempo de respuesta más rápido (azul) puede mitigar la perturbación de forma más rápida y precisa.

El ejemplo de la Figura 2 también ilustra que las perturbaciones del proceso tienen características únicas que el dispositivo de control debe tener en cuenta. Algunos dispositivos de control proporcionan un único "factor de velocidad" para optimizar el tiempo de respuesta, que puede ser insuficiente para igualar las características de las perturbaciones. Un dispositivo que permite un mayor control sobre la respuesta se puede optimizar con mayor precisión para las condiciones del proceso.

Optimización del control de flujo: un equilibrio entre velocidad y rango

El tiempo de respuesta de un dispositivo de control se puede optimizar para un conjunto particular de condiciones del sistema. La configuración optimizada garantizará un buen control del flujo siempre que las condiciones del proceso sigan siendo similares a ese estado optimizado.

Pero las condiciones pueden variar, y esa variabilidad puede cambiar significativamente las características del sistema. Entonces, en muchos casos, puede ser preferible optimizar el tiempo de respuesta para acomodar una variedad de condiciones potenciales, en lugar de maximizar la respuesta para un conjunto particular de condiciones. Este enfoque a menudo proporcionará un rendimiento más consistente.

¿Cuándo optimizar la velocidad de respuesta del control de caudal?

La optimización puede mejorar el rendimiento del control de flujo en varias circunstancias:

• En la instalación, para optimizar el tiempo de respuesta para el sistema particular.
• Cuando el sistema se utilice de forma diferente; por ejemplo, si la presión del sistema aumenta o disminuye significativamente, o si se cambia el gas de proceso.
• Cuando las tuberías del sistema cambian significativamente; por ejemplo, si se agrega o elimina un volumen o restricción.
• Cuando un dispositivo de control se mueve entre sistemas o experimentos.
• Cuando se requiere una respuesta exacta para proteger un proceso sensible
• Cuando varios dispositivos necesitan proporcionar la misma respuesta dentro del sistema a que se han conectado.
• Cuando las necesidades del proceso cambian, requiriendo quizás un control más rápido o más preciso.

La Figura 3 muestra un ejemplo de cómo la optimización puede mejorar el control de flujo. En este ejemplo, se instaló un dispositivo de control de caudal mientras la presión de entrada era de 30 PSIG. Si la presión de entrada aumenta significativamente (amarillo y gris), la respuesta del control se degrada, como lo demuestran los transitorios después del cambio del punto de ajuste. Si la presión de entrada se reduce significativamente (azul), la respuesta puede volverse demasiado lenta para responder a las perturbaciones. En todos estos casos, optimizar nuevamente el tiempo de respuesta para las nuevas condiciones puede restaurar el nivel de rendimiento.

Figura 3: Aumentar o disminuir significativamente la presión de entrada después de optimizar el control de flujo puede afectar la estabilidad del control de flujo. Volver a optimizar el tiempo de respuesta del control puede restaurar el rendimiento.

Velocidad de respuesta del control de flujo de ajuste automático

Un dispositivo de control se puede optimizar ajustando manualmente sus parámetros de control. Sin embargo, la optimización manual normalmente requiere cierto grado de conocimiento sobre el análisis y diseño del sistema de control. También es posible que se requiera equipo adicional para medir el tiempo de respuesta. En tercer lugar, la optimización manual suele requerir una cantidad significativa de tiempo e iteraciones.

En respuesta a estos problemas, se han desarrollado, para todos los controladores de caudal másico y controladores de presión de Alicat, nuevos métodos de "autoajuste", que incorporan una base de conocimientos de experiencia en control para optimizar automáticamente un dispositivo de control de flujo. El autoajuste permite a los usuarios que pueden no tener un conocimiento amplio del diseño de control lograr un control excelente para procesos específicos. condiciones.

Durante el autoajuste, el dispositivo de control se mueve a una serie de puntos de ajuste. Para cada cambio de punto de ajuste, el dispositivo determina las propiedades del sistema y optimiza los parámetros de control. Cuando se completa el proceso, la respuesta del dispositivo se ajusta a la configuración óptima.

El autoajuste es mucho más rápido que la mayoría de las técnicas de optimización manual. Por ejemplo, la mayoría de los dispositivos de control de flujo de Alicat Scientific que incorporan ajuste automático pueden completar el proceso entre 30 y 90 segundos, aunque algunos dispositivos de flujo ultrabajo pueden requerir más tiempo.

Opciones de configuración avanzadas

Para la mayoría de las situaciones, el algoritmo de ajuste automático determinará el mejor tiempo de respuesta sin ninguna intervención del usuario. Sin embargo, la función se puede configurar aún más para admitir requisitos de proceso atípicos o para cumplir objetivos de control específicos.

La más impactante de estas opciones es cómo el autoajuste abordará el equilibrio entre maximizar la velocidad para una condición y manejar una gama más amplia de variabilidad del proceso. En los dispositivos de control de caudal de Alicat, por ejemplo, los usuarios pueden elegir entre varias configuraciones de "Velocidad":

FAST es la opción predeterminada que equilibra velocidad y versatilidad para la mayoría de situaciones.

FASTEST maximiza la velocidad de respuesta, permitiendo una pequeña cantidad de sobreimpulso.

VERSÁTIL o MÁS VERSÁTIL proporcionará velocidades de respuesta que se adaptan a una gama más amplia de condiciones, pero con la desventaja de una respuesta más lenta para algunas condiciones. Es posible que el sistema de control no pueda responder a condiciones que cambian rápidamente.

GOAL es una opción de velocidad adicional para usuarios avanzados que necesitan lograr un perfil de respuesta particular o que necesitan ajustar varios dispositivos para proporcionar la misma respuesta.

La Figura 4 muestra la respuesta de un controlador de flujo másico que se ha optimizado utilizando estas diversas opciones de Velocidad.

Figura 4: Resultado de varios ajustes de configuración de Velocidad.

Sugerencias para lograr la mejor optimización

El autoajuste es más efectivo cuando las condiciones del proceso maximizan el delta de presión a través de las válvulas involucradas. Puede producirse un control inestable cuando un dispositivo funciona con un delta de presión más alto o una presión de modo común más alta que la que fue optimizado. Si se espera que las condiciones de operación incluyan presiones más altas que las disponibles para la optimización, es preferible un nivel de velocidad que enfatice la versatilidad.

El autoajuste es más sensible a las fluctuaciones del entorno que el control de circuito cerrado normal. La mayoría de las fluctuaciones darán como resultado ganancias del circuito de control que son menores de lo que podrían ser de otro modo, ya que es difícil separar los efectos de la perturbación de la respuesta del sistema. Los dispositivos de flujo ultrabajo y otros dispositivos de respuesta lenta serán mucho más sensibles a las perturbaciones u otras fluctuaciones en el sistema.

Conclusión

La optimización del dispositivo de control puede proporcionar la mejor respuesta del dispositivo para un proceso y entorno en particular. La optimización automatizada, como la función Autotune de Alicat, permite medir el rendimiento actual y mejorarlo, sin requerir un conocimiento extenso de los sistemas y parámetros de control. Las funciones avanzadas, como el ajuste automático, permiten que una gama más amplia de ingenieros y técnicos de procesos logren un control de flujo excelente, incluso si el proceso o el entorno cambian drásticamente.

Si necesita ayuda para definir cuál es la mejor configuración para su aplicación o para analizar sus necesidades para la medida y control de caudal, póngase en contacto con los ingenieros de aplicación de Rosetta Technology en el +34 91 805 19 10 o contáctenos por e-mail. ¡Estaremos encantados de ayudarle!