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CAPÍTULO II BASES TEÓRICAS

En este capítulo se desarrollan los aspectos teóricos en relación a la

investigación, donde se muestran los antecedentes consultados que

contribuyen de forma particular y puntual en el despliegue de las fases del

estudio por la relación que entre ellos existe; a su vez se presentan las

definiciones y características principales de la variable a controlar,

estableciendo las bases y criterios de importancia para el logro de los

objetivos propuestos. De igual forma y en el mismo sentido, para extender el

conocimiento se desglosa una definición de conceptos básicos. Para el cierre

de este capítulo, se esquematizan las referencias bibliográficas en todas sus

áreas y subáreas que las caracteriza.

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Investigaciones realizadas en años anteriores y relacionados a la

investigación en desarrollo proporcionan valiosa información con respecto a

sistemas de control automatizados, dosificación e químicos y por otra parte

con regulación de parámetros que afectan el equilibrio biológico y pueden

generar un impacto ambiental. Entre las diferentes investigaciones se tiene:

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En primer lugar, Carlos Javier Pérez (2012) desarrolló una investigación

titulada “Sistema de control difuso para la dosificación de química

antiincrustante en las plantas de inyección de agua” en la Universidad Dr.

Rafael Belloso Chacín, para optar al Título de Magister en Ingeniería de

Control y Automatización de Procesos. La presente investigación se encontró

enmarcada dentro de la modalidad de proyecto factible cuya propuesta

consistió en el diseño de un controlador difuso para la dosificación del

sistema de química antiincustante en el PIA BA-2-1.

Pérez desarrolló una investigación del tipo proyectiva o proyecto factible

en donde aplicó procesos como la exploración, descripción, explicación y

propuesta de alternativas de cambio; citando a Bavaresco y Sabino definió

también su investigación de campo y descriptiva; por último indicó que el

diseño de la misma era no experimental y transaccional.

Luego de establecer la metodología a emplear, procedió con la

investigación y mediante la herramienta toolbox IDEN de Matlab y obtuvo el

modelo del proceso, para realizar las simulaciones del sistema de control

difuso. El modelo que obtuvo fue un sistema de primer orden con una

aproximación de 96%, constante de tiempo t = 1,2765 y una ganancia K =

6,44. Para el diseño del controlador difuso creó las funciones de membrecía

para las entradas que se definen como el error y delta error, luego creó el

conjunto de reglas que determinan el conocimiento del funcionamiento del

controlador difuso.

16

Por último, mediante la herramienta simulink de Matlab simuló el sistema

en lazo cerrado con el controlador difuso, con diferentes condiciones de

entradas, obteniendo un resultado satisfactorio, ya que el error en estado

estacionario tendió a ser cero rápidamente. De igual forma realizó

simulaciones utilizando perturbaciones bruscas donde el controlador tomó

acción para corregir el error.

Esta investigación fue un aporte significativo en el empleo de las

aplicaciones y herramientas IDENT y Simulink del lenguaje de programación

Matlab, ya que a través de la misma se ejemplifica y da la comprensión de la

obtención del modelo matemático y la simulación del mismo en donde es

posible establecer diferentes condiciones de evaluación, que permitan una

visible comparación entre los resultados obtenidos para un mismo proceso

en análisis.

Así mismo, María José Brito (2011) realizó un estudio de investigación

titulado “Simulador basado en redes neuronales para el control de la calidad

del efluente proveniente del proceso de lodos activos” en la Universidad Dr.

Rafael Belloso Chacín, para optar al Título de Magister en Ingeniería de

Control y Automatización de Procesos, en la cual desarrolló un simulador

basado en redes neuronales para el control de la calidad del efluente

proveniente del proceso de lodos activados. Los autores que consultó fueron

Queipo, Canelon y Guevara (2000), Kosko (1992) y Flores R, y Fernández

(2008) entre otros.

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Brito utilizó una metodología propuesta de un modelo operativo viable, de

tipo descriptiva, de lo cual empleó un diseño experimental. La investigación

la desarrolló en cinco etapas: en la primera estudió el proceso de tratamiento

de aguas residuales de la planta en general haciendo énfasis en el

tratamiento biológico (lodos activados); en la segunda realizó un estudio

minucioso del proceso de evaluación de la calidad del efluente que llevan

actualmente en la PTAR; en la tercera identificó los parámetros necesarios

para realizar la respectiva evaluación, los cuales son nueve en total (DBO5,

SST, OD, NT, FT, Turbiedad, CF, pH y Temperatura); en la cuarta desarrolló

el algoritmo de control, mediante redes neuronales para la evaluación de la

calidad y en la quinta desarrolló el simulador del control neuronal.

Esta investigación la conllevó al uso de una red tipo propagación inversa o

bakpropagation para sistemas no lineales, fue la mas adecuada con una

configuración 9:32:42:1, es decir, nueve entradas (parámetros de calidad) y

una sola salida (nivel de calidad del agua), la cual se representó con cinco

opciones (optima, buena, dudosa, inadecuada y pésima), tuvo 32 neuronas

para la primera capa y 12 neuronas para la segunda, que le permitió estimar

la calidad del efluente, obteniendo así un margen de error de 0,03515 para el

mejor rendimiento de este importante proceso.

El aporte de esta investigación para el presente trabajo se considera

relevante ya que orienta a la ejecución y desarrollo de cada una de las fases

en base a tres pasos importantes, el primero de descripción del proceso

actual enfatizando en el requerimiento de desinfección; el segundo de

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análisis y evaluación de la calidad del agua obtenida y que se desea obtener;

y el tercero de la identificación de los parámetros involucrados en el proceso

para la realización de las evaluaciones pertinentes.

Por otra parte, Dávila (2005) realizó un trabajo de investigación titulado

“Sistema de Supervisión y Control para regular el proceso de la planta de

tratamiento de efluentes del Complejo Petroquímico el Tablazo”, en la

Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín, para optar al Título de Magister en

Ingeniería de Control y Automatización de Procesos. El objetivo de esta

investigación fue diseñar un sistema supervisorio de control basado en redes

ControlNet, necesario para la regulación del proceso de la Planta de

Tratamiento de Efluentes de Pequiven El Tablazo.

Para la construcción de las bases técnicas Dávila siguió los pasos

necesarios de acuerdo a las exigencias de los entes involucrados en el

proyecto, la cual constó de cuatro pasos: 1. Definir el problema, 2. Revisar la

situación actual, 3. Buscar y crear la documentación necesaria, 4. Construir

el diseño final.

Adoptó una metodología que surge de los criterios por Hernández,

Fernández y Baptista, Bavaresco y Chávez y se ubicó en una investigación

del tipo comparativa, descriptiva, puesto que su finalidad era examinar un

tema o problema de investigación poco estudiado o que no había sido

abordado antes y por lo cual logró obtener toda la información necesaria para

la realización de la misma, dejando así desarrollada la investigación en

estudio. Los resultados que obtuvo arrojaron nuevas alternativas para que

19

futuros ingenieros, amplíen sus conocimientos utilizando los sistemas de

supervisión de control para la regulación de procesos industriales.

El aporte de esta investigación contribuyó con el desarrollo del trabajo en

estudio fortaleciendo los fundamentos metodológicos en base a diseño y tipo

de investigación para temas con poca información de análisis.

Finalmente, Juan Carlos Soto (2004) desarrolló una “Propuesta de un

Sistema de Control de Automatización para la Inyección de Aditivos

Químicos en el Tratamiento de Agua a las Calderas de la Planta

Termoeléctrica Ramón Laguna de ENELGEN” en la Universidad Dr. Rafael

Belloso Chacín, para optar al Título de Magister en Ingeniería de Control y

Automatización de Procesos, donde su estructura metodológica para la

investigación se caracterizó según el tipo descriptiva, según su propósito

como aplicada, según la recolección de datos como prospectiva, según la

evolución del fenómeno como longitudinal bajo la modalidad in situ o de

campo enmarcado como proyecto factible; por otra parte, el diseño de la

investigación lo tipificó como no experimental longitudinal panel.

Soto estableció como población objeto de estudio un total de cinco

calderas de generación de las cuales obtuvo una muestra de estudio de dos

calderas. Soto no pudo establecer una relación entre las salidas con las

entradas de los parámetros y variables controlados en el proceso, razón por

la cual planteó a la empresa ENELGEN adicional a la propuesta de control,

establecer puntos estratégicos en las tomas de muestras que permitiesen

obtener la relación entre las entradas y las salidas. De tal manera que se le

20

hizo necesario la obtención de las ecuaciones matemáticas que regían el

proceso de trazabilidad para lograr diseñar el modelado del proceso y

posteriormente diseñar el sistema de control automatizado con la

instrumentación adecuada conjuntamente con los respectivos algoritmos de

control.

En concordancia con todo lo mencionado, utilizó como tipo de control de

nivel en los tanques de dilución un control fijo on/off y para la inyección de los

aditivos químicos al proceso utilizó un control de relación entre el nivel de los

tanques de dilución y los parámetros a controlar en el proceso.

En este último trabajo de investigación mencionado, se observo el

desarrollo de ecuaciones matemáticas para el modelado del proceso y

diseño del sistema de control automatizado teniendo en cuenta la poca o

nula relación que existía entre las entradas y salidas, como es el caso del

presente trabajo para el control del crecimiento orgánico lo cual directamente

no puede ser evaluado sino a través de variables distintas en base a

inyección de productos desinfectantes que promueven un control biológico.

2.2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS

El marco teórico tiene la función de orientar hacia la organización de los

datos y los hechos significativos para descubrir las relaciones del problema

con la teoría existente; por otra parte, evita que el investigador aborde

temáticas que dado el estado del conocimiento carecen de información

científica; también permite guiar en la selección de los factores y variables

21

que se estudian en la investigación, así como cada una de las estrategias de

medición, su validez y confiabilidad; por último, y no menos importante

previene de posibles factores de confusión o variables extrañas que

potencialmente podrían causar sesgos no deseados.

El soporte técnico del tópico citado en esta investigación se presenta a

continuación para su mayor comprensión:

Modelado Matemático

Para obtener un buen modelo matemático empleando técnicas de

identificación, se debe alimentar el sistema con una señal de entrada de

frecuencia variable que lo excite en su ancho de banda, y posteriormente,

con la ayuda de herramientas computacionales, se procesan las señales de

entrada y salida hasta obtener el modelo que represente en mejor forma la

dinámica del sistema.

Sin embargo, no siempre el interesado dispone de las herramientas

computacionales ni de tarjetas de adquisición de datos indispensables para

la toma de variables de entrada y salida, por lo que se recurre a formas

manuales no muy precisas pero válidas para lograr un modelo aceptable.

La función de transferencia de un sistema se define como la relación entre

la salida y la entrada del sistema en el dominio de Laplace asumiendo

condiciones iniciales nulas. Basándose en la definición de la función de

transferencia, se aplica una señal escalón al sistema, se grafica la salida, y

se halla las ecuaciones de cada variable en el dominio del tiempo, se llevan

22

al dominio de Laplace, y la relación salida – entrada será el modelo

matemático del mismo. (La Catarina, Universidad de las Américas, 2000,

p24)

Sistema de Control de Procesos

En la mayoría de las plantas de proceso existen varias cientos variables

que se deben mantener en algún valor determinado y con este procedimiento

de corrección se requerirá una cantidad tremenda de operarios, por ello,

sería preferible realizar el control de manera automática, es decir, contar con

instrumentos que controlen las variables sin necesidad de que intervenga el

operador. Esto es lo que significa el control automático de procesos. Para

lograr este objetivo se debe diseñar e implementar un sistema de control.

(Smith y Corripio, 1991)

En la industria de procesos las perturbaciones son la causa más común de

que se requiera el control automático en control automático del proceso; si no

hubiera alteraciones, prevalecerían las condiciones de operación del diseño y

no se necesitaría supervisar continuamente el proceso.

El objetivo del sistema de control automático de proceso es utilizar la

variable manipulada para mantener a la variable controlada en el punto de

control a pesar de las perturbaciones. (Smith y Corripio, 1991)

Algunas de las razones por las cuales es importante mantener la variable

controlada en el punto de control a pesar de las perturbaciones a través de

23

un control automático son producto de la experiencia industrial, tal vez no

sean las únicas, pero sí las más importantes:

- Evitar lesiones al personal de la planta o daño al equipo. La seguridad

siempre debe estar en la mente de todos, ésta es la consideración

más importante.

- Mantener la calidad del producto (composición, pureza, color, entre

otros) en un nivel continuo y con un costo mínimo.

- Mantener la tasa de producción de la planta al costo mínimo.

Por lo tanto, se puede decir que las razones de la automatización de las

plantas de proceso son proporcionar un entorno seguro y a la vez mantener

la calidad deseada del producto y alta eficiencia de la planta con reducción

de la demanda de trabajo humano. (Smith y Corripio, 1991).

Componentes Básicos de un Sistema de Control

Los componentes básicos de un sistema de control se pueden describir

mediante:

- Objetivos de control.

- Componentes del sistema de control.

- Resultados o salidas.

La relación básica entre estos tres componentes se ilustra en la Figura 1.

En términos más técnicos, los objetivos se pueden identificar como entradas,

o señales actuantes y los resultados también se llaman salidas, o variables

controladas y en general, el objetivo de un sistema de control es controlar las

24

salidas en alguna forma prescrita mediante las entradas a través de los

elementos del sistema de control. (Kuo, 1996, p2).

Gráfico 1. Componentes básicos de un sistema de control. Kuo (1996)

Por otra parte Smith y Corripio, 1991 clasifican los componentes básicos

de un sistema de control como se muestra a continuación:

- Sensor, que también se conoce como elemento primario.

- Transmisor, el cual se conoce como elemento secundario.

- Controlador, que es el “cerebro” del sistema de control.

- Elemento final de control, frecuentemente se trata de una válvula de

control aunque no siempre. Otros elementos finales de control

comúnmente utilizados son las bombas de velocidad variable, los

transportadores y los motores eléctricos. (Smith y Corripio, 1991)

La importancia de los componentes de un sistema de control estriba en

que realizan las tres operaciones básicas que deben estar presentes en todo

sistema de control, las cuales son:

- Medición (M): la medición de la variable que se controla se hace

generalmente mediante la combinación de sensor y transmisor.

25

- Decisión (D): con base en la medición, el controlador decide qué hacer

para mantener la variable en el valor que se desea.

- Acción (A): como resultado de la decisión del controlador se debe

efectuar una acción en el sistema, generalmente ésta es realizada por

el elemento final de control. (Smith y Corripio, 1991)

Estas tres operaciones, M, D y A son obligatorias para todo sistema de

control. En algunos sistemas, la toma de decisión es sencilla, mientras que

en otros es más compleja. Para el diseño de un sistema de control se debe

asegurar que las acciones que se emprendan tengan su efecto en la variable

controlada, es decir, que la acción emprendida repercuta en el valor que se

mide; de lo contrario el sistema no controla y puede ocasionar más perjuicio

que beneficio. (Smith y Corripio, 1991)

Estrategias de Control

El objetivo principal del diseño de un sistema de control es poder

mantener la variable controlada en el punto de control. Cuando se logra

esto, se debe ajustar el controlador de manera que se reduzca al mínimo la

operación de ensayo y error que se requiere para mantener el control. Por lo

cual, es necesario conocer las características del proceso que se va a

controlar, una vez conocidas, se puede diseñar el sistema de control y

obtener las características del controlador que mejor combine con la del

proceso.

26

Sistema de Control de Lazo Cerrado o por Retroalimentación.

Los circuitos de control por retroalimentación es el esquema de control

que aplicó por primera vez James Watt hace casi 200 anos, para controlar un

proceso industrial. Un sistema de control por retroalimentación es la situación

en la cual se conecta el controlador al proceso; el controlador compara el

punto de control (la referencia) con la variable controlada y determina la

acción correctiva. (Smith y Corripio, 1991).

La ventaja del control por retroalimentación consiste en que es una técnica

muy simple, que compensa las perturbaciones. Cualquier perturbación puede

afectar a la variable controlada, cuando ésta se desvía del punto de control,

el controlador cambia su salida para que la variable regrese al punto de

control. El circuito de control no detecta qué tipo de perturbación entra al

proceso, únicamente trata de mantener la variable controlada en el punto de

control y de esa manera compensar cualquier perturbación.

La desventaja del control por retroalimentación estriba en que únicamente

puede compensar la perturbación hasta que la variable controlada se ha

desviado del punto de control, esto significa que, la perturbación se debe

propagar por todo el proceso antes de que la pueda compensar el

controlador.

Los sistemas de control por retroalimentación se denominan también

sistemas de control en lazo cerrado. En un sistema de control en lazo

cerrado, se alimenta al controlador la señal de error de actuación, que es la

diferencia entre la señal de entrada y la señal de realimentación (que puede

27

ser la señal de salida misma o una función de la señal de salida y sus

derivadas y/o integrales), a fin de reducir el error y llevar la salida del sistema

a un valor conveniente. El término control en lazo cerrado siempre implica el

uso de una acción de control realimentado para reducir el error del sistema.

(Ogata, 1998, p7).

Sistema de Control de Lazo Abierto

Los sistemas en los cuales la salida no afecta la acción de control se

denominan sistemas de control en lazo abierto. En otras palabras, en un

sistema de control en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para

compararla con la entrada.

En cualquier sistema de control en lazo abierto, la salida no se compara

con la entrada de referencia. Por tanto, a cada entrada de referencia le

corresponde una condición operativa fija; como resultado, la precisión del

sistema depende de la calibración. Ante la presencia de perturbaciones, un

sistema de control en lazo abierto no realiza la tarea deseada. El control en

lazo abierto solo se usa si se conoce la relación entre la entrada y la salida y

si no hay perturbaciones internas ni externas. Es evidente que estos

sistemas no son de control realimentado. Cualquier sistema de control que

opere con una base de tiempo es en lazo abierto. (Ogata, 1998, p7).

Control Automático

El control automático ha desempeñado una función vital en el avance de la

ingeniería y la ciencia. Este control tiene como objetivo mantener en

28

determinado valor de operación las variables del proceso como lo son

presión, temperatura, humedad, viscosidad y flujo en las industrias de

proceso. (Ogata, 1998, p1).

Los procesos son de naturaleza dinámica, en ellos siempre ocurren

cambios y si no se emprenden acciones pertinentes, las variables

importantes del proceso, es decir, aquellas que se relacionan con la

seguridad, la calidad del producto y los índices de producción, no cumplirán

con las condiciones de diseño (Smith y Corripio, 1991, p17).

A través de controladores (instrumentos) los sistemas de control

automático son capaces de medir en modo continuo el valor o la condición

de la variable, que actúan automáticamente sobre el equipo para corregir

cualquier desviación respecto a un valor previamente ajustado.

El tipo de control que se use debe decidirse con base a la naturaleza de la

planta y las condiciones operacionales, incluyendo consideraciones tales

como seguridad, costo, disponibilidad, confiabilidad, precisión, peso y

tamaño.

Acciones de Control

La forma en la cual el controlador automático produce la señal de control

se llama “acción de control”. Los controladores automáticos comparan el

valor real de la salida de la planta con la entrada de referencia, lo cual

determina la desviación con la que el controlador debe producir una señal de

control que reduzca la desviación.

29

Tal que los controladores industriales se clasifican de acuerdo a la acción

de control que realicen, a continuación se describen algunos de ellos:

Acción de control de dos posiciones o de encendido y apagado.

En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación solo

tiene dos posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendido

y apagado. El control de dos posiciones o de encendido y apagado es

relativamente simple y económico, razón por la cual su uso es extendido en

sistemas de control industriales como domésticos. Smith y Corripio (1991).

Acción de control de dos posiciones con banda muerta

La banda muerta en el control encendido – apagado es usada con

frecuencia para evitar una operación demasiado frecuente del mecanismo de

encendido y apagado. La brecha diferencial o banda muerta es el rango en el

que debe moverse la señal de error antes de que ocurra la compensación.

Smith y Corripio (1991).

Acción de control Proporcional.

El controlador proporcional es en realidad un amplificador con ganancia

ajustable. Este control reduce el tiempo de subida, incrementa el sobretiro y

reduce el error de estado estable. Smith y Corripio (1991)

Para una acción de control proporcional la relación entre la salida del

controlador u(t) y la señal de error e(t) es:

u(t) = Kp e(t)

donde Kp es la ganancia proporcional.

30

Acción de control Integral.

La acción de control integral se denomina control de reajuste (reset). En

un controlador integral la relación entre la salida del controlador u(t) y la

señal de error e(t) es:

t

i

i

teKtu

teKdt

tdu

0

)()(

)()(

donde Ki es una constante ajustable.

Si se duplica el valor de e(t), el valor de u(t) varía dos veces más rápido.

Para un error de cero, el valor de u(t) permanece estacionario. Smith y

Corripio (1991).

Acción de Control Proporcional Integral.

El control proporcional integral hace un descenso en el tiempo de subida,

incrementa el sobre impulso y el tiempo de estabilización, y tiene el efecto de

eliminar el error de estado estable pero empeorará la respuesta transigente.

El tiempo integral ajusta la acción de control, mientras que un cambio en el

valor de la ganancia afecta las partes integral y proporcional de la acción de

control. El inverso del tiempo integral se denomina velocidad de reajuste, la

representa la cantidad de veces por minuto que se duplica la parte

proporcional de la acción de control. La velocidad de reajuste se mide en

términos de las repeticiones del mismo. Smith y Corripio (1991)

31

Acción de Control Proporcional Derivativa.

El control proporcional derivativo reduce el sobre impulso y el tiempo de

estabilización, por lo cual tendrá el efecto de incrementar la estabilidad del

sistema mejorando la respuesta del sistema. La relación de un control

proporcional derivativo entre la salida u(t) y la señal de error e(t) está dada

por:

dttdeTKteKtu dpp)()()(

en donde Kp es la ganancia proporcional y Td es una constante denominada

tiempo derivativo.

La acción de control derivativa, en ocasiones llamada control de velocidad,

ocurre donde la magnitud de la salida del controlador es proporcional a la

velocidad de cambio de la señal de error. El tiempo derivativo Td es el

intervalo de tiempo durante el cual la acción de la velocidad hace avanzar el

efecto de la acción proporcional. La acción de control derivativa tiene un

carácter de previsión. Sin embargo, es obvio que una acción de control

derivativa nunca prevé una acción que nunca ha ocurrido.

Aunque la acción de control derivativa tiene la ventaja de ser de previsión,

tiene las desventajas que amplifica las señales de ruido y puede provocar un

efecto de saturación en el actuador. Smith y Corripio (1991)

Acción de Control Proporcional Integral Derivativa.

La combinación de una acción de control proporcional, una acción de

control integral y una acción de control derivativa se denomina acción de

32

control proporcional integral derivativa. Esta acción combinada tiene las

ventajas de cada una de las tres acciones de control individuales. Smith y

Corripio (1991)

La siguiente tabla resume las características de controles mencionados.

Cuadro 2. Características de Control Proporciona – Integral – Derivativo

Tipo de Control

Tipo de Subida

Sobre impulso

Tiempo de estabilización

Error en estado estable

Proporcional Decrece Crece Cambio menor Decrece Proporcional

– Integral Decrece Crece Crece Se elimina

Proporcional – Derivativa

Cambio menor Decrece Decrece Cambio

menor Smith y Corripio (1991)

Las correlaciones de la tabla mostrada no son muy precisas, porque las

ganancias proporcionales, integrales y derivativas son dependientes entre sí,

por lo cual esta tabla solo debe ser tomada como una referencia.

Control de Relación

El objetivo de un control de relación es controlar el flujo o el volumen de

una variable en función de otra. Esta técnica de control, se aplica por lo

general a dos cantidades de flujo, que deben mantener una relación prefijada

por el usuario.

33

Por lo general se tiene una línea de flujo de un fluido libre y sobre esta se

mide la cantidad de fluido existente en velocidad o volumen, este valor se

envía a un controlador que contiene un factor multiplicador o un divisor, cuya

señal actúa sobre la válvula de control de otra línea con flujo proporcional al

valor deseado (flujo controlado).

El flujo libre se llama variable independiente y el flujo controlado se llama

variable dependiente. Para este tipo de estrategia de control, es muy

importante tomar las siguientes consideraciones:

- Ambas señales deben tener las mismas unidades.

- Ambas señales deben estar linealizadas o en forma cuadrática

- El rango de los controladores deben ser compatibles con las señales

recibidas de un 0% a un 100%.

- Tomar en cuenta que en la medición de fluidos la linealidad se pierde

en los extremos de medición.

- Las características de los fluidos deben ser muy similares.

Control Discreto.

Un sistema de control en tiempo discreto son aquellos sistemas en los

cuales una o más de las variables pueden cambiar solo en valores discretos

de tiempo. Estos instantes pueden especificar los tiempos en los que se

extraen los datos de la memoria de una computadora digital. El intervalo de

tiempo entre estos dos instantes discretos se supone que es lo

suficientemente corto de modo que el dato para el tiempo entre estos se

puede aproximar mediante una interpolación sencilla.

34

Los sistemas de control en tiempos discretos difieren de los sistemas de

control en tiempo continuo en que las señales para los primeros están en

forma de datos muestreados o en la forma digital. Si en el sistema de control

está involucrada una computadora digital como un controlador, los datos

muestreados se deben convertir a los digitales.

2.2 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

Biocidas

Los biocidas pueden ser sustancias químicas sintéticas, naturales o de

origen biológico o de origen físico y están destinados a destruir,

contrarrestar, neutralizar, impedir la acción o ejercer un control de otro tipo

sobre cualquier microorganismo considerado nocivo para el hombre. Por lo

general estos productos actúan a nivel de la membrana celular del

microorganismo, penetrándola y destruyendo los sistemas que permiten vivir

al microorganismo.

Debe tener un amplio espectro de actividad, es decir, debe cubrir una

amplia gama de microorganismos (bacterias, virus y hongos); Efectivo a baja

concentración: Mientras más baja es la dosis, más económico resulta el

tratamiento; Efectivo en un amplio rango de pH; Solubles en agua;

Compatible con otras especies químicas en el medio; Alta persistencia: Debe

ser efectivo a través del tiempo; Fácil de neutralizar: Debe poseer

mecanismos desactivadores para su posterior neutralización; Baja toxicidad

35

humana: No debe ser perjudicial en su manipulación segura por parte del

operador.

Coliformes fecales

Se define como coliformes en el suministro de agua es un indicio de que el

suministro de agua puede estar contaminado con aguas negras u otro tipo de

desechos en descomposición. Generalmente, las bacterias coliformes se

encuentran en mayor abundancia en la capa superficial del agua o en los

sedimentos del fondo.

Los niveles recomendados de bacterias coliformes fecales son

importantes, puesto que la contaminación que se desea habitualmente

controlar es la de origen humano. La prueba de coliformes totales y fecales

también se utiliza para determinar la calidad bacteriológica de los efluentes

de los sistemas de tratamiento de aguas servidas.

Controlar

Es medir el valor de la variable controlada del sistema y aplicar la variable

manipulada al sistema para corregir o limitar una desviación del valor medido

a partir de un valor deseado. (Ogata, 1998, p2)

Control de Proceso Multivariable

Procesos de múltiples entradas y múltiples salidas (MEMS) (MIMO por sus

siglas en ingles).

36

Control realimentado

El control realimentado se refiere a una operación que, en presencia de

perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y

alguna entrada de referencia y lo continúa haciendo con base en esta

diferencia. Aquí sólo se especifican con este término las perturbaciones

impredecibles, dado que las perturbaciones predecibles o conocidas siempre

pueden compensarse dentro de sistema. (Ogata, 1998, p3)

Control Regulador

Son los sistemas diseñados para compensar las perturbaciones. (Smith y

Corripio, 1991).

Desinfección

La desinfección del agua para uso humano tiene por finalidad la

eliminación de los microorganismos patógenos contenidos en el agua que no

han sido eliminados en las fases iniciales del tratamiento del agua.

La desinfección del agua es necesaria como uno de los últimos pasos en

la planta de tratamiento de agua potable, para prevenir que esta sea dañina

para nuestra salud. Muchas veces, tratándose de agua de manantiales

naturales o de pozo, la desinfección es el único tratamiento que se le da al

agua para obtener agua potable.

La desinfección puede hacerse por medios químicos o físicos.

37

Lógica Difusa

La lógica difusa o lógica heurística se basa en lo relativo de lo observado.

Este tipo de lógica toma dos valores aleatorios, pero contextualizados y

referidos entre sí. La lógica difusa se utiliza cuando la complejidad del

proceso en cuestión es muy alta y no existen modelos matemáticos precisos,

para procesos altamente no lineales y cuando se envuelven definiciones y

conocimiento no estrictamente definido (impreciso o subjetivo).

Perturbación

Una perturbación es una señal que tiende a afectar negativamente el valor

de las salidas de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema

se denomina interna, en tanto que una perturbación externa se produce fuera

del sistema y es una entrada. (Ogata, 1998, p3). Es el hecho en el que

cualquier variable ocasiona que la variable de control se desvíe del punto de

control. (Smith y Corripio, 1991).

Plantas

Una planta puede ser un equipo, tal vez un conjunto de las partes de una

máquina que funcionan juntas, el propósito de la cual es ejecutar una

operación particular. (Ogata, 1998, p2).

38

Procesos

El diccionario Merriam-Webster define un proceso como una operación o

un desarrollo natural progresivamente continuo, marcado por una serie de

cambios graduales que se suceden uno al otro en una forma relativamente

fija y que conducen a un resultado o propósito determinados; o una

operación artificial o voluntaria progresiva que consiste en una serie de

acciones o movimientos controlados, sistemáticamente dirigidos hacia un

resultado o propósito determinado. Se llama proceso a cualquier operación

que se va a controlar. (Ogata, 1998, p3).

Servocontrol

Son los sistemas de control que han sido diseñados con el propósito de

que la variable controlada se ajuste al punto de control. (Smith y Corripio,

1991).

Sistemas

Un sistema es una combinación de componentes que actúan juntos y

realizan un objetivo determinado. Un sistema no necesariamente es físico. El

concepto de sistema se aplica a fenómenos abstractos y dinámicos, tales

como los que se encuentran en la economía. Por tanto, la palabra sistema

debe interpretarse como una implicación de sistemas físicos, biológicos,

económicos y similares. (Ogata, 1998, p3)

39

Variable Controlada

Es la cantidad o condición que se mide y controla. Por lo común la variable

controlada es la salida (el resultado) del sistema. (Ogata, 1998, p2). Es la

variable que se debe mantener o controlar dentro de algún valor deseado.

(Smith y Corripio, 1991).

Variable Manipulada

Es la cantidad o condición que el controlador modifica para afectar el valor

de la variable controlada. (Ogata, 1998, p2). Es la variable que se utiliza para

mantener a la variable controlada en el punto de control (punto de fijación o

de régimen). (Smith y Corripio, 1991).

40

2.3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Cuadro 3. Referencias Bibliográficas

Objetivos Específicos Variable Áreas Sub-áreas

Describir el proceso de tratamiento de efluentes

Sistema de Control de Inyección de

Hipoclorito de Sodio en el Tratamiento de

Efluentes.

Proceso de Tratamiento de Efluentes:

- Tratamiento Biológico

Desinfección Coliformes Fecales Coliformes Totales

Determinar los parámetros de operabilidad de inyección del Hipoclorito de Sodio

Inyección de Hipoclorito de Sodio Cloro Residual Libre

Obtener el modelo matemático del sistema de inyección en base a la estrategia de control que mejor se ajuste

Modelo Matemático Estrategia de Control

Evaluar el sistema de control propuesto para la inyección de Hipoclorito de Sodio en el tratamiento de efluentes

Sistema de Control Tiempo de Respuesta Estabilidad

Programar en PLC el sistema de control propuesto para la inyección de Hipoclorito de Sodio en el tratamiento de efluentes

Programación de PLC