****INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL****

UNIDAD 1°. Conocer la simbología ISA para la diagramación de tuberías y de equipos medidores de variables involucradas en los procesos industriales.

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Instrumentación-Generalidades
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MATERIAL DE ESTUDIO PARA 1° EXAMEN
simbologia+y+diagramas+industrial 1 UNID
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La instrumentción de los equipos de campo los cuales generan información o datos de la planta o proceso, son la base de la automatización. Los instrumentos de medición estos deben conectarse a los controladores industriales, quienes realizarán toma de decisiones y enviarán las señales adecuadas al elemento final de control para cumplir con un proceso de control de lazo cerrado. Los principios de funcionamiento u operación optima del controlador son resultado de la teoría de control, la toma de decisión depende de variables y otros parámetros que son condicionados por los sensores, actuadores, dispositivos de comunicación, interfaces de adquisición de datos, etc. 

 

Un caso importante a tomar en cuenta, acerca de los dispositivos asociados con la medición de las señales de la planta (sensores, dispositivos de adquisición de datos, adecuación de señales y sistemas de comunicación de datos de campo) a menudo se encuentran mal calibrados y, es frecuente que estén dotados de mecanismos inadecuados de filtraje pobre o bien de filtraje excesivo (producido en los llamados sensores inteligentes). 

 

Esquema típico de proceso con conexión de la sensórica, actuadores con un controlador

En el enlace conozca de lazos de control pid.

Una breve descripción de un proceso industrial y su diagramación en ISA.

Lazo de Control en Horno Rotatorio
Lazo de Control en Horno Rotatorio

Este Lazo 1, controla el caudal de entrada de la alimentación, consiste en un sistema de control anticipativo, ya que se mide el caudal antes de entrar al horno y mediante una válvula se actúa sobre este, de manera que si el caudal medido es mayor que el fijado por el controlador, la válvula se cierra para disminuir dicho caudal e viceversa. De esta forma se intentará conseguir que el caudal de entrada sea siempre constante.

  

Mediante este lazo se controla el caudal de entrada de la alimentación proveniente del depósito al horno, con el objetivo de evitar posibles perturbaciones, como aglomeraciones, variaciones en el caudal, etc. En un control anticipativo el caudal es medido previo a su entrada en el horno, y por tanto, previo a que esta perturbación se traduzca en un error. La señal generada de su medida, mediante su tratamiento e interpretación, acciona una válvula que regula el caudal antes de su entrada al horno. La descripción de los equipos utilizados es:

1. H1FT58: Elemento de medida del caudal y de trasmisión de una señal eléctrica proporcional a esta medida.

2. H1FC59: Controlador, interpreta la señal de entrada generada por el elemento anterior, y de produce una señal de salida que es función, según la ley de control implementada, a la señal de entrada.

3. H1FY60: Transductor, se encarga de convertir una señal eléctrica en una señal electrónica para el accionamiento del actuador neumático del elemento final de control.

4. Elemento final de control: Se trata de una válvula de control para sólidos ya que la brea a temperatura ambiente se encuentra en forma granular sólida, necesita ser resistente a la abrasión.

 Para el lazo 2, se definen las variables:

Variables del sistema:

Variable de salida o controlada: Temperatura, T

Variable manipulada: % apertura de la válvula. Cambia FG, caudal de gas que es la variable del proceso manipulada.

Variables de perturbación:

  *Perturbación a la entrada: caída de presión en la válvula. Si varía a la misma  apertura de válvula, el caudal FG será diferente. 

  *Perturbación a la salida: cambios en el caudal de Brea que entra en el horno.

La simbología empleada para distinguir los distintos elementos de control es:

 

H1TT55: Se refiere a un Transmisor de Temperatura del Horno 1 en la sección de la planta 55.

H1TT55': Como el anterior se refiere a un Transmisor de Temperatura del Horno 1 en la mima sección de la planta 55.

H1TC56: Se refiere a un Controlador de Temperatura del Horno 1 en la sección de la planta 56.

H1TY57: Se refiere a un Transductor (Y) de Temperatura del Horno 1 en la sección de la planta 57.

 UNIDAD 2°: EL CONTROLADOR INDUSTRIAL 

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 link para descargar ppt de ISA acerca de Instrumentación Industrial Básica.

UNIDAD 3°: MEDIDORES Y SENSORES PARA MEDIR PRESIÓN

Los medidores de presión son de fácil aplicación, existen varios métodos para efectuar la medida previo al control de la variable de presión. Se debe reconocer que estos elementos pueden medir usando el método de presión diferencial, donde existirá dos valores de medición una presión alta y una baja. la diferencia de ambas, es la medida de la presión en un tanque o la que atraviesa en forma de caudal por una tubería.

Características de la presión y sensores para medir presión.
MEDIDORES DE PRESIÓN.pptx
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Equipos para medir Presión
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Sitrans P
Conceptos basicos de la presión y montaje de transmisores de presión por Siemens
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UNIDAD 4°: SENSORES Y Tx DE TEMPERATURA

La medición de temperatura es quizás un método sencillo de realizar a nivel domestico, en cambio a nivel industrial la situación no difiere, se debe saber que se necesita medir o conocer un valor en º centigrado, farenheit etc. para luego proceder a controlar esta variable con acciones necesarias para tener un estado controlado del proceso.

PT100 o RTD (Sensor termoresistivo)
PT100 o RTD (Sensor termoresistivo)

Los sensores de temperatura son instrumentos que sirven para obtener la temperatura del medio o proceso. Reciben la señal de temperatura en ohmios, voltaje, corriente y se transmite al PLC o controlador industrial, la salida es de 4 a 20 mA. Algunas por su diseño en forma de pastilla pueden ser colocadas dentro de los cabezales (termopozos) de las RTDs, Termocuplas.

 

Al seleccionar un sensor de temperatura es necesario conocer rango de trabajo del proceso, exactitud y escoger el cable de instrumentación adecuado según el sensor. En el campo industrial los sensores de temperatura, mas utilizados son RTD’S (PT100, PT1000) y termocupla. 

 

RTDs: También llamados termoresistencias, o dispositivo termoresistivo, son sensores resistivos de platino, cuando se produce un aumento de temperatura, se incrementara la resistencia eléctrica.

 

El aumento de la resistencia en ohmios, no es lineal mediante tablas se puede conocer la temperatura de estos sensores, conociendo el valor en ohmios.  

 

Termocuplas: Llamados también termopares, sirven para medir la temperatura, están construidos de 2 materiales de diferentes aleaciones, cuando se produce un aumento de temperatura, la señal en milivoltios se incrementara. La figura anterior muestra estos sensores de temperatura. 

 

Características y Especificaciones.   

Especificaciones Técnicas 

Aplicación: Temperatura de vapor 

Tipo de instrumento: PT100 con cabeza de conexión 

Rango de trabajo: 30 a 600°C 

Conexión al proceso: ½ NPT 

Longitud de Bulbo: 4 pulgadas. 

Diámetro del bulbo: ¼ pulgadas.

 

Aplicación: Temperatura de agua 

Tipo de instrumento: PT100 con cabeza de conexión 

Rango de trabajo: 30 a 100°C 

Conexión al proceso: ½ NPT 

Longitud de Bulbo: 4 pulgadas. 

Diámetro del bulbo: ¼ pulgadas

Cabezas para transmisores de Temperatura.
Cabezas para transmisores de Temperatura.

Las temperaturas inexactas pueden tener graves consecuencias, como la reducción de la vida útil del equipo si sufre un sobrecalentamiento de unos grados. Un sensor de temperatura garantiza una salida continua en función de la temperatura real del sistema, lo que permite controlar por completo el proceso. 

 

Cabezas para Tx/Termopozos

Los termopozos se fabrican partiendo de barra maciza, barrenada a todo lo largo y dejando un tope de pared que es aproximadamente de 1/4" y sirven para proteger los sensores de temperatura (termopares, termómetros de resistencia (RTD's), termómetros bimetálicos y son necesarios cuando existen altas presiones o atmósferas altamente corrosivas. 

 

Cuando el termopar requiere la medición de temperaturas en atmósferas corrosivas y otras perjudiciales al termopar, se recomienda usar un tubo protector que puede ser de cerámica, hierro, TF 220°C, acero inoxidable 304 o 316, hasteloy, carburo de silicio o algún otro material que prolongue la vida y precisión del termopar.


Los termopozos tienen su aplicación cuando las altas presiones y la corrosión son un problema. 

SENSORES DE TEMPERATURA- MATERIAL DE ESTUDIO PARA 1° EXAMEN
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CASO: MEDICIÓN DE TEMPERATURA CON MICRO PLC LOGO

La temperatura se puede medir dependiendo su grado calorífico con un sin número de sensores o transductores (elementos primarios) la adecuada selección del sensor debe abarcar diversos factores como el medio a censar, si es liquido o gas etc. Se pone a consideración una aplicación para medir temperatura con LOGO de SIEMENS. 

Medición de Temperatura
Medición de Temperatura

Esta configuración puede ser utilizada para medir y controlar temperatura en la industria de los alimentos y en la ingeniería de procesos de campo.

 

Es aplicable para controlar la temperatura en líquidos y gases, los cuales no se encuentren sometidos a bajas presiones ni a ambientes químicos agresivos, en un rango de temperatura de -50 a 200 °C.

 

El sistema está compuesto por un sensor de temperatura (Sitrans T) que contiene un resistor dependiente de la temperatura. Los cambio de resistencia son ingresados a un LOGO! mediante un módulo de expansión AM2 Pt100 para luego poder ser procesado. La temperatura censada puede ser visualizada sobre la pantalla del LOGO! y mediante un sencillo programa se encenderán o apagarán un conjunto de resistores que mantendrán la temperatura ambiente dentro de los márgenes preestablecidos.

 

Conexión del sensor al módulo AM2 Pt100: El Sitrans T Pt100 contiene internamente un resistor Pt100. Un Pt100 es un caso especial de un dispositivo termo resistivo ó RTD y está constituido por un alambre de platino, el cual presenta una resistencia de 100 ohmios cuando se encuentra sometido a una temperatura de 0°C. Al aumentar la temperatura su resistencia se incrementa

 

Este incremento no es totalmente lineal, razón por la cual se debe recurrir a tablas, de la misma manera que para una termocupla. Un Pt100 es un dispositivo pasivo, que no genera por sí solo una diferencia de potencial en su salida, y requiere ser conectado a un módulo intermedio (AM2 Pt100) que sea capaz de censar las variaciones de resistencia para luego trasladarlas con parámetros adecuados al sistema de control, linealizando además la respuesta del RTD.

 

Una termocupla, por el contrario, es un sensor de temperatura activo ya que por sus propios medios brinda una tensión entre sus extremos proporcional a la temperatura a la cual se la somete (del orden de los mV).

 

Los Pt100 son elementos un poco más costosos que las termocuplas, pero superan a estas últimas en usos para bajas temperaturas. Un Pt100 puede ser colocado a una distancia considerable del dispositivo de medición (hasta unos 30 metros), utilizando cable de cobre común para hacer la conexión, sin tener problemas de temperaturas parásitas en esas junturas.


Existen tres formas básicas de conexión de un sensor Pt100, mediante dos, tres o cuatro hilos (conductores).

 

La corriente que atraviesa el Pt100 es suministrada por el dispositivo de medición, se denomina "corriente de excitación", y ronda en el rango de 0.1 mA a 2 mA. Si el aparato medidor genera una corriente demasiado alta, puede calentar demasiado al Pt100 originando un error de medición, sobre todo si el sensor con que se está trabajando es pequeño. No es recomendable instalar un Pt100 en lugares sometidos a muchas vibraciones pues es probable que se fracture.


Los sensores Pt100 se encuentran normalmente en la industria de alimentos, en la industria química y en infinidad de sistemas que manejen un rango de temperatura de -100 a 200 °C.

Sitrans T
Medición de temperatura por Siemens
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A continuación la demostración en video para reajustar el rango de un Transmisor de Temperatura SMART marca Rosemount. La idea es cambiar el rango de medición del Transmisor que estaba de 10 a 100 °F por uno más grande para que pueda usarse en una caldera, o sea de 0 a 500 °F.

Calibracion de Tx Temperatura Siemens.pd
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Este es el procedimiento que realiza Petrocomercial.
Procedimiento de Calibracion de Transmis
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-----------CASO DE ESTUDIO: LAS CALDERAS-------------

Las calderas
Clasificación de las calderas y sus características principales
CALDERAS.ppt.pps
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CONTROL DE VARIABLES EN CALDERAS

 

Las industrias a nivel mundial continúan eligiendo vapor (por la transferencia de calor, esto es energía) porque generan alta eficiencia en el uso del combustible. El vapor es ideal en grandes instalaciones porque puede generarse de forma centralizada a alta presión y distribuido a largas distancias, reduciendo la presión en el punto de uso. Las unidades generadoras de vapor son aparatos utilizados para colocar a disponibilidad de un fluido el calor de un combustible, y todos los elementos necesarios para transferir al agua que se calienta tanta energía como sea comercialmente factible.

 

Los generadores de vapor propiamente dicho están constituidos por una caldera y el hogar (espacio dentro de la caldera donde existe la combustión), puede además incluir otros elementos de absorción de calor como un sobrecalentador, economizador o un precalentador de aire, igualmente puede incluir equipos auxiliares o de instrumentación y control para ayudar al correcto funcionamiento de la unidad. La caldera constituye un recipiente cerrado que genera vapor de agua a presiones superiores a la atmosférica, absorbiendo el calor que desarrolla la combustión en la seccion o cámara para la quema del combustible definido antes como el hogar de la caldera. 

 

La temperatura del líquido aumenta hasta alcanzar la de vaporización y se mantiene constante mientras el líquido (por ej, agua) se convierte en vapor, una vez alcanzada la temperatura de ebullición a la presión de operación continua el suministro de calor y se inicia la vaporización sin variación de temperatura, mientras exista líquido por evaporar, la mezcla de vapor y líquido se llama vapor húmedo, si el calor suministrado es tal que la temperatura del vapor es la temperatura de vaporización se llama vapor saturado seco. El calor suministrado para realizar esta transformación se conoce como calor de vaporización.

 

Realizar el control de las variables de una caldera, incluye tanto los procedimientos de arranque y parada como los enclavamientos de seguridad y la operación en continuo de la caldera. Tradicionalmente al desarrollar el control de una caldera, las acciones de modulación de la misma se desarrollaban con equipos analógicos (continuos). Las secuencias de arranque y parada, así como los enclavamientos, son acciones digitales (todo/nada) que implicaban equipos digitales. Actualmente, debido a los avances en los sistemas basados en microprocesador es posible integrar estos dos sistemas en uno solo.

 

En el caso de las calderas se debe conocer que se debe controlar principalmente, para ello existen tres objetivos básicos:

 

a) Concebir que la caldera proporcione un suministro continuo de vapor en las condiciones de presión y temperatura deseadas.

b) Operar continuamente la caldera al menor costo de combustibles (sea solido, liquido o gas) manteniendo un alto nivel de seguridad.

c) Arrancar y parar de forma segura, vigilar y detectar condiciones inseguras y tomar las acciones necesarias para una operación segura en todo momento.

 

Los dos primeros objetivos serán realizados por lo que tradicionalmente se conoce como sistema de control analógico, mientras que el tercero será labor del sistema de seguridades y manejo de quemadores.

 

Un diagrama básico de una caldera podría representarse como se muestra en la Figura 1.1. Se puede observar las variables que entran al proceso y las que salen del mismo, entonces un primer sistema sería el agua-vapor. En él, el agua que se introduce en la caldera es convertida en vapor, que sale de la caldera al recibir el calor necesario mediante la transferencia de calor a través del metal de los tubos. El segundo sistema es de combustible-aire- gases que es el que proporcionará el calor que se transmite al agua.

 

En este sistema, el aire y el combustible se mezclan y queman en el hogar (el hogar suele estar formado por paredes de tubos de agua que reciben el calor resplandeciente de la llama y es por tanto donde se produce la máxima transferencia de calor). Los gases de combustión, como resultante de esta pérdida de calor, se enfrían y abandonan el hogar pasando a la zona de recuperación de calor formada por tubos de vapor en donde la llama ya no se ve y el calor se transmite por convección. Como la transmisión de calor depende, entre otras cosas, de que exista una diferencia de temperatura, la temperatura de salida de los gases será siempre algo superior a la temperatura menor del circuito agua-vapor.

 

Esta pérdida de calor disminuye el rendimiento del ciclo. Al objeto de elevar dicho rendimiento, los gases de combustión suelen pasarse por algún tipo de intercambiador de calor. Un primer ejemplo sería la instalación de un economizador (Figura 1.2), que consiste en un conjunto de tubos de agua expuestos a los gases tras la zona de recuperación de calor, con el propósito de calentar el agua de alimentación y aprovechar al máximo el calor de los gases de la combustión antes de abandonar la caldera. 

Una segunda posibilidad sería aprovecharlos para elevar la temperatura del aire de entrada en lo que se conoce como precalentador de aire (Figura 1.3). En este caso se debe considerar que dichos gases pueden tener limitada su mínima temperatura si en su composición está presente el azufre. En aquellas instalaciones en las que es posible la instalación de ambos equipos lo normal sería pasar primero los gases por el economizador y después por el precalentador (estos sistemas externos calientan el aire que proviene de una bomba extractora o ventilador para luego inyectarlo en la caldera)

Parametros y variables que afectan la eficiencia de una caldera:

a. Nivel de exceso de aire. b. Régimen de fuego. c. Temperatura de los gases de chimenea. d. Temperatura de agua de alimentación. e. Temperatura del aire de combustión. f. Suciedad de las superficies de transmisión de calor. g. Purga h. Presión de Vapor i. Pérdidas de calor en las carcaza de la caldera. j. Combustible. 

 

Incrementar la vida útil de la caldera en plantas industriales dependerá de un buen diseño, tanto de la caldera como de sus tuberías que la integra. Las calderas son omnipresentes en las industrias que consumen mucha energía y por ende son cruciales para las operaciones exitosas de la planta. Luego se debe aplicar metodologías para el proceso de mantenimiento de la caldera, y alcanzar aumentar la eficiencia de la caldera en su operación.

Véase video de Spirax Sarco acerca de las calderas

Vapor en la industria by Spirax Sarco
PPT que ayuda a conocer la operacion de las caldera acuatubulares
Vapor%20en%20la%20industria%20by%20Spira
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Esquema  de la fig. 1.4 representa los controles de variables para una caldera que dirigirá su vapor de alta presión hacia una turbina para generar electricidad.

Figura 1.4 Caldera que produce vapor para un turbo-generador eléctrico.
Figura 1.4 Caldera que produce vapor para un turbo-generador eléctrico.

--CASO DE ESTUDIO: INTERCAMBIADORES DE CALOR--

Los intercambiadores de calor se encuentran en muchos sistemas químicos o mecánicos. Estos sirven, como su nombre lo indica, para ganar calor o perder calor en determinados procesos. Algunas de las aplicaciones más comunes se encuentran en calentamiento, ventilación, sistemas de acondicionamiento de espacios, radiadores en máquinas de combustión interna, calderas, condensadores, y precalentadores o enfriamiento de fluidos. 

Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:

• Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.

• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.

• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.

• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

• Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura.

Los Intercambiadores de Calor en la industria
intercambiadores OP.pptx
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@@@@@@@@@@@@2° PARCIAL@@@@@@@@@@@

UNIDAD 5°: SENSORES Y TRANSMISORES PARA CAUDAL

Caudal. El caudal es una indicación de que tanto fluido en peso o volumen se está moviendo, o sea es que tanta cantidad de fluido está pasando por un determinado punto dentro de un periodo específico de tiempo. Para realizar la medición se utilizan diferentes tipos de flujómetros.

Flujo. Se denomina flujo al movimiento o transferencia de energía, materia, o gas de un sitio a otro. Para nuestro caso se denominará flujo al movimiento de líquido o gas por canales ya sean abiertos o cerrados. Las particularidades de cómo se desplaza el fluido de líquidos a través de un canal, depende de sus características como la densidad. viscosidad y de la velocidad del fluido (Numero de Reynolds), entre otrosmas. Al igual que del conducto por donde se transporta.


Esto hace que aparezcan dos clasificaciones para referirse al flujo que son: el flujo laminar y el flujo turbulento.


Numero de Reynolds. Es un número adimensional de utilidad en relación a los factores de fricción para flujo a condiciones variables. Un gas puede presentar dos tipos de régimen cuando circula por un conducto, determinados por el valor del número de Reynolds, que se define como: Re = ρvD/µ

       

       Dónde:

Re: número de Reynolds en el diámetro de conducto

ρ: densidad del fluido, kg/m3

v: velocidad media del fluido en el diámetro de conducto, m/s

D: diámetro de la tubería

µ: viscosidad del fluido, kg/m-s

Para valores de Re inferiores a 2000, el régimen de flujo es laminar, mientras que para valores superiores a 4000 es turbulento, existiendo una zona intermedia. En los sistemas de extracción localizada el régimen de trabajo es turbulento incluso a velocidades muy bajas.


Medición del flujo Volumétrico


Medidores de presión diferencial. Se sabe que cualquier restricción al paso de un fluido produce una caída de presión después de ésta, lo cual crea una diferencia de presión antes y después de la restricción. Esta diferencia de presión tiene relación con la velocidad del fluido y se puede determinar aplicando el teorema de Bernoulli, y si se detecta la velocidad del fluido y el área por donde está pasando se puede determinar el caudal. Existen varios tipos de restricción (métodos/sensores) entre los que encontramos la placa-orificio (concéntrico o superior e inferior), la tobera o el tubo Venturi. Estos tipos de sensores se deben instalarse en posición horizontal.

TIPOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN DIFERENCIAL
TIPOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN DIFERENCIAL

Medidores de caudal por velocidad.

Medidor de turbina. El fluido entra en el medidor y hace girar un rotor a una velocidad que es proporcional a la del fluido, y por tanto al caudal instantáneo. La velocidad de giro del rotor se mide por conexión mecánica (un sensor registra el número de vueltas) o por pulsos electrónicos generados por cada giro. Son los más precisos (Precisión 0.15 - 1 %). Son aplicables a gases y líquidos limpios de baja viscosidad

 

Medidor tipo turbina
Medidor tipo turbina

Medidor electromagnético. Se basan en la Ley de inducción electromagnética de Faraday: Para aplicar está ley a la medición de caudal es fundamental que el fluido sea conductor de electricidad; se ubican bobinas paralelas al flujo del fluido a ángulos rectos (como indica la ley) de un conjunto de electrodos a los lados del tubo, generando así un campo magnético en toda la sección transversal del tubo. El tubo y el revestimiento deben estar hechos de plástico, caucho, teflón u otro material no magnético, para evitar alteraciones del campo magnético generado.


Cuando el fluido (libre de vacíos) pasa a través de  las bobinas, se induce un pequeño voltaje en los electrodos que es proporcional al cambio del campo magnético, el caudalímetro usa este valor para calcular el caudal del líquido. 


Son utilizados en muchas industrias: la de alcantarillado o aguas residuales, minería, alimenticia, farmacéutica y principalmente del agua. Pero no se usa en otros sectores, que trabajan con gas, hidrocarburos o materiales no conductores, ya que el flujo cambia de una manera desordenada (en el caso del gas), y la Ley de Faraday no se cumple con materiales no conductores, cabe señalar que tampoco funcionan con agua destilada.

 

Medidor Vortex. Se basa en el efecto Von Karman, el cual afirma que si se coloca un objeto escarpado al paso de un fluido, se generaran remolinos en forma alternada a lado y lado de este objeto. La frecuencia con que se generan estos remolinos es proporcional a la velocidad del fluido, por lo tanto si se puede medir la frecuencia con que se generan éstos, se conoce la velocidad del fluido y si se sabe cuál es el área por donde pasa se puede calcular el caudal en ese instante.

 

Los Medidores de Ultrasonidos. Emplean ondas de ultrasonido para determinar el caudal. Para ello existen dos métodos para la medición por ultrasonido.

1. Medidor a pulsos. Se introducen dos pulsos inclinados y simultáneamente, mediante dos transmisores emisor- receptor, que reflejan en la tubería. La diferencia de tiempo para el mismo camino recorrido depende de la velocidad del flujo.

2. Medidor Doppler. Emite ondas de frecuencia fija que reflejan en el fluido. Como el fluido posee velocidad se produce una variación de la frecuencia de la onda reflejada.

 

Medidor de caudal por Ultrasonido
Medidor de caudal por Ultrasonido

Medidores másicos para Caudal

El caudalímetro de masa mide la masa del fluido que atraviesa una sección. 

Los caudalímetros másicos miden la masa que circula por unidad de tiempo.

 

Medidor másico térmico. Consiste en aportar calor en un punto de la corriente y medir la temperatura aguas arriba y aguas abajo. Si la velocidad del fluido fuese nula no habría diferencia de temperatura, pero al existir velocidad la diferencia de temperatura es proporcional al flujo másico existente.

Medidor de Coriolis. Trabaja bajo el principio de Gustave Coriolis, y está constituido por uno o más tubos que están vibrando, cuando el fluido a ser medido pasa a través de los tubos la fuerza inercial los acelerara hasta alcanzar un punto de máxima vibración. Luego desacelerara cuando el fluido sale de este sitio.

Produciendo, allí un movimiento de torsión en el tubo. El flujo másico es directamente proporcional al grado de torsión en estos tubos.

Medidor de Coriolis
Medidor de Coriolis

La medición de caudal por el efecto Coriolis, también es conocido como medición directa o dinámica, da una señal directamente proporcional al caudal másico y casi independiente de las propiedades del producto como conductividad, presión, viscosidad o temperatura. Dan una medición directa de masa y densidad, no requieren tramos rectos en su instalación, no tienen requerimientos especiales de conductividad ni viscosidad de líquidos y aceptan cantidades importantes de sólidos en suspensión. 

Ventajas:

Alta precisión (0.2 - 0.5%)

La medida es independiente de la temperatura, presión, densidad, viscosidad y perfil de velocidades.

Mantenimiento casi nulo, lo que abarata su costo.

 Se aplica a fluidos viscosos, sucios, corrosivos con Temperaturas extrema alta o baja, y con altas presiones. 

Descripción de 6 medidores o flujómetros de la empresa alemana Endress Hausser,
Medicion_Caudal_Endress-Hausser.pdf
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Descripción de aplicaciones de fluidos sólidos
Medicion Masica de caudal de solidos.pdf
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Actividad en el aula: Analizar los flujos  y sus características principales, caracterizar la cavitación en tuberías. Para este último, puede consultar el siguiente material.

Cavitacion español 2_editora_241_90.pdf
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UNIDAD 6°: SENSORES Y TRANSMISORES PARA MEDIR NIVEL

 

 MEDICIÓN DE NIVEL

La medición de nivel es un tema o variable importante en la industria y procesos específicos, para saber con certeza la altura de líquido que contiene un tanque o recipiente se debe emplear medidores y transmisores de nivel, se debe recordar que existen líquidos livianos, semi livianos, pesados, abrasivos, corrosivos, etc.

 

La medición del nivel permite conocer la altura de los líquidos almacenados en tanques, lo cual sabiendo la geometría (altura, ancho) de este nos lleva a conocer el volumen de agua con el que se realizan los procesos, que es importante conocer para el correcto funcionamiento del proceso y para el balance adecuado de materias primas y productos finales. Cabe aclarar que existen muchos tipos de instrumentos de medición de nivel.

 

Los medidores de nivel en líquidos pueden ser de tipo directo: sonda, cinta, plomada, nivel de cristal e instrumentos de flotador, por presión hidrostática (manométrico, membrana, tipo burbujeo, de presión diferencial de diafragma), o por medio de las características eléctricas del líquido (resistivo, conductivo, capacitivo, ultrasónico, de radiación, láser) .

 

Se describe en el siguiente enlace de video, un sensor de ultrasonido en la medición de nivel.

Esquema de medición de nivel
Esquema de medición de nivel
Sitrans F y Sitrans L
Descripción de Transmisores para caudal/flujo y de nivel por Siemens.
04 Sitrain Caudal y Nivel.pdf
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Características de un TX de nivel por radar
Medidor de nivel por radar.pdf
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*** UNIDAD 7°: ELEMENTOS FINALES DE CONTROL***

VALVULA DE CONTROL

La válvula de control es básicamente un orificio variable por efecto de un actuador, constituye el elemento final de control en más del 90 % de las aplicaciones industriales. En la figura siguiente se ve una válvula globo con un actuador neumático de diafragma y se indican las partes que la constituyen.

Válvula de control
Válvula de control

Esta válvula utiliza una señal externa que puede ser neumática o eléctrica. Estos elementos están constituidos por dos partes:

 Actuador: Recibe la señal de controlador y la transforma en un desplazamiento (lineal o rotacional) merced a un cambio en la presión ejercida sobre el diafragma.

 Cuerpo: El diafragma está ligado a un vástago o eje que hace que la sección de pasaje del fluido cambie y con ésta el caudal.

Con un diagrama en bloques se puede representar a la válvula como un sistema en serie.

Desde el punto de vista estático el actuador es moderadamente lineal y la dinámica más significativa es la de llenado del cabezal con una constante de tiempo del orden de los segundos. El cuerpo carece de retardo y la ganancia viene determinada por la característica de flujo como se verá.

 

Especificación de válvulas

Especificar una válvula de control implica determinar las características de:

*Cuerpo e internos: indicando el tipo, material y serie que se fija de acuerdo al servicio que debe prestar. También hay que indicar el diámetro que está relacionado con la capacidad y a esto se lo denomina dimensionamiento. Por último, algunos tipos de válvula permiten elegir la Característica de Flujo.

*Actuador: una vez conocidos los detalles del cuerpo se debe elegir el tipo de motor (neumático de cabezal o pistón, eléctrico, etc.), la acción ante falla y el tamaño.

*Accesorios: corresponde a elementos adicionales como transductores I/P o V/P, volante para accionamiento manual, posicionador, etc.

Tipos de válvulas de control

Existen diversos tipos de cuerpos, que se adaptan a la aplicación. Los que más se emplean en la práctica industrial se muestran en la tabla siguiente. Teóricamente el tipo debe adoptarse en función de las necesidades del proceso, aunque a veces hay razones, económicas por ejemplo, que obligan a usar un tipo aunque éste no sea el más adecuado. Ver la siguiente tabla con las caracteristicas de los tipos de vaálvulas más utilizadas para el control.

 

Criterio de selección general de Válvulas de Control

Dimensionamiento de válvulas de control

Por dimensionamiento se entiende la determinación del tamaño de la válvula, que viene dado por su diámetro. Es evidente que hay razones económicas que hacen que esta tarea sea importante, hay que tratar que este dispositivo tenga el menor tamaño (y por lo tanto el menor costo). Pero también hay razones técnicas, ya que válvulas sobre dimensionadas pueden llegar a tener un pobre desempeño cuando trabajan en un lazo de control. 

El método más aceptado para el dimensionamiento es conocido como el Procedimiento de Cv. Cv es el Coeficiente de Flujo de la válvula y depende del tipo, diámetro y grado de apertura de este dispositivo.

 

Las fórmulas básicas para el cálculo de Cv son:

Esto sólo se aplica cuando el régimen de flujo es subcrítico y turbulento. Además, para líquidos hay que verificar que no se produzca cavitación. Si el régimen es viscoso o de transición se deben aplicar otras fórmulas. Cuando hay vaporización parcial del líquido, el régimen es crítico y se tiene en cuenta con una ecuación de dimensionamiento distinta con un coeficiente adicional. Para gases, también se debe tener en cuenta si el régimen es crítico o de transición.

 

Para un tipo determinado de válvula, el coeficiente Cv es proporcionado por el fabricante y depende del diámetro (d) y de la apertura (x):

                       Cv = Cv(d,x)

Válvula cerrada x = 0 Cv = Cvmin F = Fmin

Válvula totalmente abierta x = 1 Cv = Cvmax F = Fmax

LA CALIBRACIÓN

Algunos fabricantes defienden que no necesitan calibrar sus instrumentos con bus de campo porque son digitales, y por ello siempre precisos y correctos.

Eso no es cierto. La principal diferencia entre un transmisor con fieldbus y otro convencional es la señal de salida: con bus de campo es totalmente digital.

 

Aunque cambie la señal de salida, la calibración periódica sigue siendo necesaria. A pesar de que los transmisores con bus de campo, comparados con los analógicos, tienen una mayor exactitud de medición, eso no suprime la necesidad de calibrarlos.

 

Otro equívoco corriente es que no es necesario calibrar los instrumentos nuevos. Esto tampoco es cierto. El hecho de que un sensor sea nuevo no implica que funcione dentro de las especificaciones exigidas. Cuando calibra un instrumento antes de instalarlo, la empresa puede registrar todos los datos del instrumento necesarios en su base de datos de calibración o software de gestión de calibraciones, además de empezar a supervisar la estabilidad o deriva del instrumento con el paso del tiempo.

 

Cuándo calibrar?

 

La existencia de error de medicion, exige que se calibren todos los instrumentos a intervalos temporales fijos. La frecuencia de la calibración depende de muchos factores. En primer lugar, el fabricante del instrumento recomienda un intervalo de tiempo determinado entre calibraciones. Este intervalo puede reducirse si el instrumento se utiliza en un proceso o aplicación muy importantes. Las normas de calidad también pueden dictar la frecuencia de calibración de un sensor de presión o de temperatura.

 

La forma más eficaz para decidir cuándo es necesario calibrar un instrumento es recurrir a algún tipo de análisis de tendencia histórica. El intervalo óptimo entre calibraciones para distintos instrumentos sólo puede determinarse con análisis de tendencia histórica basados en software. De esta forma, los sensores muy estables no se calibran con tanta frecuencia como los sensores más susceptibles a la deriva de instalación, menos gastos en planificación/diseño y el no necesitar subsistemas convencionales de E/S.

 

Otra gran ventaja es el autodiagnóstico en línea, que ayuda en el mantenimiento predictivo y reduce el tiempo de inactividad, lo que supone menos costes de mantenimiento. La configuración remota también contribuye a reducir el tiempo de inactividad. La mejora en el rendimiento del sistema es un valor importante para algunas plantas. También hay otras ventajas si se compara con la instrumentación convencional.

 

Calibrar los transmisores con fieldbus

 

La diferencia principal entre un transmisor con fieldbus de presión o temperatura y los transmisores convencionales o HART está en la señal de salida: con bus de campo totalmente digital.

 

Las demás partes de un transmisor de bus de campo pueden compararse con los transmisores convencionales o con HART. Aunque cambie la señal de salida, la calibración periódica sigue siendo necesaria. A pesar de que los transmisores con bus de campo modernos sean mejores que los modelos antiguos, tienen que calibrarse. Otros motivos, como los sistemas y normativas de calidad, exigen las calibraciones periódicas.

 

Los transmisores con bus de campo se calibran de forma similar a los tradicionales: se coloca una entrada física en el transmisor y, simultáneamente, se lee la salida del transmisor para ver si está midiendo correctamente. La entrada se mide con un calibrador trazable, pero también hace falta leer la salida del transmisor con bus de campo. Cuando un bus de campo está activado y en funcionamiento, puede haber una persona en campo para dar y medir la entrada del transmisor, y otra persona en la sala de control leyendo la salida.

 

Obviamente, estas dos personas tienen que comunicarse entre ellas para realizar y documentar la calibración.

Si su bus de campo y sus sistemas de automatización de procesos están en reposo, tiene que encontrar otra manera de leer la salida del transmisor. A veces puede usar un comunicador portátil de fieldbus o un ordenador portátil con software y hardware especializados.

 

Hasta hace poco no existía ninguna forma práctica de calibrar transmisores con bus de campo. Un calibrador con fieldbus moderno es una combinación de un calibrador de procesos de varias funciones y un configurador con bus de campo. Con un calibrador así, puede calibrar un transmisor de presión y temperatura con bus de campo, pues el calibrador puede generar/medir a la vez la entrada del transmisor y también leer la salida digital del fieldbus del transmisor. Un calibrador con bus de campo moderno también sirve para cambiar las configuraciones de un transmisor con fieldbus.

 

Si el transmisor con bus de campo está desajustado tras su calibración, puede usar el calibrador para ajustar el transmisor y hacer que mida correctamente. Como es un calibrador documentador con fieldbus, documenta los resultados de la calibración de un transmisor con bus de campo automáticamente en su memoria, para posteriormente descargar los resultados en el software de calibración. Así se evitan los métodos tradicionales de documentación manual, muy lentos y sujetos a error.

 

Cuando necesite un calibrador con bus de campo, busque una solución de calibración compacta, fácil de usar y compatible con el trabajo en campo.

Debería ser capaz, como mínimo, de calibrar transmisores Foundation Fieldbus H1 o Profibus PA, que son las aplicaciones más comunes.

La ventaja fundamental de un calibrador con bus de campo es la posibilidad de calibrar, configurar y ajustar un transmisor Foundation Fieldbus H1 o Profibus PA con una sola unidad. Como es una combinación de calibrador y configurador con fieldbus, puede realizar calibraciones trazables de transmisores con bus de campo.

 

Por lo tanto, una sola persona puede realizar la calibración, en vez de dos. Los configuradores con bus de campo y el software de configuración no pueden hacerlo; sólo sirven para leer/cambiar configuraciones. 

CUESTIONARIO CON RESPUESTAS
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