INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL La acción proporcional es un modo de control utilizado en la instrumentación industrial que permite que la señal de salida de un controlador sea proporcional al error entre la variable medida y el valor deseado. En este modo de control, la señal de control se modifica en proporción al error, lo que significa que cuanto mayor sea el error, mayor será la señal de control enviada al actuador. La acción proporcional se utiliza comúnmente en sistemas donde se requiere un control preciso de la variable medida. Algunos ejemplos de aplicaciones que utilizan la acción proporcional incluyen sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), sistemas de control de procesos químicos y sistemas de control de procesos de fabricación. La acción proporcional se puede implementar utilizando un controlador proporcional (P) que ajusta la señal de salida en proporción al error. La fórmula matemática utilizada para el controlador proporcional es: Salida = Kp * Error donde Kp es la constante proporcional, que se ajusta para proporcionar la respuesta de control adecuada para el sistema. La respuesta proporcional es la base de los tres modos de control , si los otros dos , acción integral (reset) y acción derivativa están presentes , éstos son sumados a la respuesta proporcional . “Proporcional” significa que el cambio presente en la salida del controlador es algún múltiplo del porcentaje de cambio en la medición .Este múltiplo es llamado “ganancia” del controlador . Para algunos controladores , la acción proporcional es ajustada por medio de tal ajuste de ganancia , mientras que para otros se usa una “banda proporcional” . Ambos tienen los mismos propósitos y efectos .
La figura 7 ilustra la respuesta de un controlador proporcional por medio de un indicador de entrada/salida pivotando en una de estas posiciones . Con el pívot en el centro entre la entrada y la salida dentro del gráfico , un cambio del 100% en la medición es requerido para obtener un 100% de cambio en la salida , o un desplazamiento completo de la válvula . Un controlador ajustado para responder de ésta manera se dice que tiene una banda proporcional del 100% . Cuando el pívot es hacia la mano derecha , la medición de la entrada debería tener un cambio del 200% para poder obtener un cambio de salida completo desde el 0% al 100% , esto es una banda proporcional del 200% . Finalmente , si el pívot estuviera en la posición de la mano izquierda y si la medición se moviera sólo cerca del 50% de la escala , la salida cambiaría 100% en la escala . Esto es un valor de banda proporcional del 50% . Por lo tanto , cuanto mas chica sea la banda proporcional , menor será la cantidad que la medición debe cambiar para el mismo tamaño de cambio en la medición . O , en otras palabras , menor banda proporcional implica mayor cambio de salida para el mismo tamaño de medición . Esta misma relación está representada por la figura 8 .
Este gráfico ( figura 8 ) muestra cómo la salida del controlador responderá a medida que la medición se desvía del valor de consigna . Cada línea sobre el gráfico representa un ajuste particular de la banda proporcional . Dos propiedades básicas del control proporcional pueden ser observadas a partir de éste gráfico : Por cada valor de la banda proporcional toda vez que la medición se iguala al valor de consigna , la salida es del 50% . Cada valor de la banda proporcional defina una relación única entre la medición y la salida . Por cada valor de medición existe un valor específico de salida . Por ejemplo , usando una línea de banda proporcional del 100% , cuando la medición está 25% por encima del valor de consigna , la salida del controlador deberá ser del 25% . La salida del controlador puede ser del 25% sólo si la medición esta 25% por encima del valor de consigna . De la misma manera , cuando la salida del controlador es del 25% , la medición será del 25% por encima del valor de consigna . En otras palabras , existe un valor específico de salida por cada valor de medición . Para cualquier lazo de control de proceso sólo un valor de la banda proporcional es el mejor . A medida que la banda proporcional es reducida , la respuesta del controlador a cualquier cambio en la medición se hace mayor y mayor . En algún punto dependiendo de la característica de cada proceso particular , la respuesta en el controlador será lo suficientemente grande como para controlar que la variable medida retorne nuevamente en dirección opuesta a tal punto de causar un ciclo constante de la medición . Este valor de banda proporcional , conocido como la última banda proporcional , es un límite en el ajuste del controlador para dicho lazo . Por otro lado , si se usa una banda proporcional muy ancha , la respuesta del controlador a cualquier cambio en la medición será muy pequeña y la medición no será controlada en la forma suficientemente ajustada . La determinación del valor correcto de banda proporcional para cualquier aplicación es parte del procedimiento de ajuste ( tunin procedure ) para dicho lazo . El ajuste correcto de la banda proporcional puede ser observado en la respuesta de la medición a una alteración .
La figura 9 muestra varios ejemplos de bandas proporcionales variadas para el intercambiador de calor . Idealmente , la banda proporcional correcta producirá una amortiguación de amplitud de cuarto de ciclo en cada ciclo , en el cual cada medio ciclo es ½ de la amplitud de del medio ciclo previo . La banda proporcional que causará una amortiguación de onda de un cuarto de ciclo será menor , y por lo tanto alcanzará un control mas ajustado sobre la variable medida , a medida que el tiempo muerto en el proceso decrece y la capacidad se incrementa . Una consecuencia de la aplicación del control proporcional al lazo básico de control es el offset . Offset significa que el controlador mantendrá la medida a un valor diferente del valor de consigna . Esto es mas fácilmente visto al observar la figura 3 . Note que si la válvula de carga es abierta , el caudal se incrementará a través de la válvula y el nivel comenzará a caer , de manera de mantener el nivel , la válvula de suministro debería abrirse , pero teniendo en cuenta la acción proporcional del lazo el incremento en la posición de apertura puede sólo ser alcanzado a un nivel menor . En otras palabras , para restaurar el balance entre el caudal de entrada y el de salida , el nivel se debe estabilizar a un valor debajo del valor de consigna ( o setpoint ) . Esta diferencia , que será mantenida por el lazo de control , es llamada offset , y es característica de la aplicación del control proporcional único en los lazos de realimentación . La aceptabilidad de los copntroles sólo-proporcionales dependen de si este valor de offset será o no tolerado , ya que el error necesario para producir cualquier salida disminuye con la banda proporcional , cuanto menor sea la banda proporcional , menor será el offset . Para grandes capacidades , aplicaciones de tiempo muerto pequeñas que acepten una banda proporcional muy estrecha , el control sólo-proporcional sera probablemente satisfactorio dado que la medición se mantendrá a una banda de un pequeño porcentaje alrededor del valor de consigna . Si es esencial que no haya una diferencia de estado estable entre la medición y el valor de consigna bajo todas las condiciones de carga , una función adicional deberá ser agregada al controlador .
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