op. de circuitos de control de presion

CO16

Operación de Circuitosde Control de Presión

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Octava Revisión:Noviembre, 1996

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manufacturing technology strategies, inc. (µ)

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.

CO16, Operación de Circuitos de Control de Presión

Octava Revisión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Noviembre, 1996

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CO16

Operación de Circuitos de Control de Presión

CONTENIDO

Página Página

Revisado por:______________________Fecha de Revisión:_______________

Aprobado por: _____________________Fecha de Aprobación: ____________

1:000PREPARACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1:100 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1:200 OBJETIVOS DEL ENTRENADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1:300 IMPORTANCIA DE LOSOBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1:400 MATERIALES DE

ENTRENAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1:500 SUPOSICIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1:600 QUÉ ESPERAR . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2:000ACERCA DE LOS CIRCUITOS DE CONTROLDE PRESIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2:100 QUÉ HACE UN CIRCUITO DE CONTROL DE PRESIÓN . . . . . . . . . . . . . . . 9

2:200 DE QUÉ CONSISTE . . . . . . . . . . . . . . 9

PRÁCTICA NO. 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2:300 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO . . . . . 12

PRÁCTICA NO. 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3:000CÓMO TRABAJA UN CIRCUITO DE CONTROL DE PRESIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4:000EVIDENCIA DE OPERACIÓN CORRECTA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

8rev 6/19/98 doc 4.

5:000CONTROL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

5:100 QUÉ SE CONTROLA . . . . . . . . . . . . 22

5:200 CÓMO SE CONTROLA. . . . . . . . . . . 22

5:300 MÉTODO DE CONTROL . . . . . . . . . 22

5:400 EVIDENCIA DE CONTROL ENMARCHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6:000OPERACIÓN EN MARCHA . . . . . . . . . . . . . . . . .23

7:000PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN . . . . . . . . .24

7:100 PREPARACIÓN PARA EL ARRANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

7:200 ARRANQUE Y SEGUIMIENTO . . . . . 24

7:300 OPERACIÓN NORMAL. . . . . . . . . . . 24

9:000SEGURIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

10:000RESUMEN Y RETROALIMENTACIÓN . . . . . . . .26

10:100 RESUMEN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

10:200 RETROALIMENTACIÓN . . . . . . . . . 26

5m co16/txtTOC Contenido 1

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FIGURAS

Página Página

Revisado por:______________________Fecha de Revisión:_______________

Aprobado por: _____________________Fecha de Aprobación: ____________

Fig. 1 Diagrama de Entradas y Salidas de un Circuito de Control de Presión. . . . . . . . . . 27

Fig. 2 Diagrama Funcional de Bloques . . . . . . . . 28

Fig. 3 Circuito Típico de Control de Presión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Fig. 4 Diagrama de Bloques de un Circuito de Control de Presión Con Estación Manual /Automático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Fig. 5 Circuito Típico de Control de Presión con Estación de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Transferencia Manual/Automático y Derivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Fig. 6 Elementos de Presión Tipo Diafragma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Fig. 7 Elemento de Presión Tipo Fuelle . . . . . . . . 33

Fig. 8 Elementos de Presión Tipo Tubo Bourdón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Fig. 9 Transmisor Básico de Presión . . . . . . . . . . 35

Fig. 10 Esquema de un Transmisor de Presión Típico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Fig. 11 Diagrama de un Controlador Tipo Balance de Fuerza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Fig. 12 Diagrama Funcional de un Controlador Real de Presión . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Fig. 13 Diagrama de un Controlador Neumático de Presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Fig. 14 Reductor de Presión Auto-Operado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Fig. 15 Válvula Reductora de Presión . . . . . . . . .41

Fig. 16 Condiciones Normales de Operación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

Fig. 17 Árbol de Detección de Fallas . . . . . . . . . .43

Registro de Aprendizaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/txtLOF Figuras 3

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Revisado Por:______________________Fecha de Revisión:_______________

Aprobado por: _____________________Fecha de Aprobación:_____________

ª1:000PREPARACIÓN

1:100 ALCANCE

Este manual de operación cubre los circuitos de control de presión más comunes en la industria. Se cubren los componentes de un circuito de control, lo que hace y cómo lo hace.

Se hace énfasis en el cómo y por qué el operador debe pasar de un modo de operación manual a un modo de operación en automático y viceversa.

Se describe y práctica la detección lógica de fallas en un circuito típico de control de presión. El instruc-tor discutirá el lenguaje técnico y popular usados en la planta y cómo mejorar la comunicación entre la gente de operación y la de mantenimiento.

Este manual pertenece a la serie de manuales que cubre la operación de circuitos de control más comunes. El CO15 cubre sistemas de flujo, el CO17 los sistemas de nivel, el CO18 los sistemas de tem-peratura y el CO19 los circuitos de control en cas-cada.

Como se mencionó anteriormente, este manual cubre desde el punto de vista operativo, los circuitos de control de presión, sus componentes, como tra-bajan y como detectar fallas en ellos.

Este manual describe los trabajos que necesitan hacerse en los equipos específicos involucrados, dá las razones del por qué hay que hacerlo, sugiere como deben hacerse e indica que se requiere para desarrollar las tareas descritas.

Este manual no cubre quién debe desarrollar las ta-reas. La determinación de quién debe hacerlas depende de las políticas de la planta en particular. No es finalidad del manual dar las bases para descripciones de puesto de cualquier persona o grupo de personas.

1:200 OBJETIVOS DEL ENTRENADO

El entrenado será capaz de:

1. Listar los equipos que componen un circuito de control de presión.

2. Identificar y describir la función de cada uno de los equipos que componen un circuito de control de presión.

3. Hacer un diagrama de bloques y un diagrama esquemático de un circuito de control de presión.

4. Seguir en la planta un circuito de control de presión.

5. Localizar e identificar tres tipos diferentes de elementos primarios de presión.

6. Detectar fallas en una instalación típica de control de presión.

7. Dar las definiciones funcionales de los térmi-nos siguientes:

• Elemento primario.

• Presión manométrica.

• Presión absoluta.

• Regulador de presión.

• Diafragma encapsulado.

• Tubo Bourdón.

• Transmisor.

• Controlador.

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1:300 IMPORTANCIA DE LOS OBJETIVOS

Alcanzando los objetivos, el entrenado adquiere un claro y conciso conocimiento de cómo opera un cir-cuito de control de presión, que equipo involucra, cómo opera este equipo dentro del circuito y cómo analizarlo cuando tiene un mal funcionamiento.

1:400 MATERIALES DE ENTRENAMIENTO

1:410 MATERIALES DEL ENTRENADO

1. Copia de este manual.

2. Libro de notas y lápiz.

3. Acceso a circuitos de control de presión.

1:420 MATERIALES DEL INSTRUCTOR

1. Copia de este manual.

2. Pizarrón y gises de colores.

3. Diagramas de flujo y control de algunos circui-tos de control de presión de la planta.

4. Equipo para formar un circuito de control de presión (Transmisor, registrador, válvula de control, tubería y conexiones)) o acceso a un circuito de control de presión de la planta.

5. Acetatos de las figuras de este manual.

6. Retroproyector.

1:500 SUPOSICIONES

Para sacar el máximo provecho de este manual, el entrenado debe haber completado el entrenamiento en:

1. Resumen general de la planta.

2. Seguridad.

Sería de gran ayuda si el entrenado ha tenido cierta práctica con operación de circuitos de control.

Programe un día para completar este entrenamien-to.

1:600 QUÉ ESPERAR

Se dedicarán de tres a cuatro horas estudiando el contenido de este manual. Se aplicará lo aprendido en una instalación real de control de presión. Se espera que elabore un diagrama de bloques de la instalación, que identifique el equipo que forma el circuito, que explique su operación y propósito así como que detecte fallas en el mismo.

Se hará una visita a la planta con el fin de indicar los diferentes tipos de elementos de presión y transmi-sores observados. Se seguirán las señales de presión provenientes del proceso hasta los controla-dores y de regreso a los elementos finales de con-trol. Se pedirá que haga un croquis de algunos de los circuitos que analizó a lo largo del recorrido. ª

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ª2:000ACERCA DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL DE PRESIÓN

Si se quiere operar y mantener correctamente un circuito de control de presión, se debe conocer su función, cómo la hace, que equipos están involucra-dos y cómo detectar fallas en él.

Antes de entrar en detalle, se discutirá lo que es la presión y cuáles son sus unidades de medición.

2:010 LA PRESIÓN Y SUS UNIDADES DE MEDICIÓN

La presión se define como una unidad de fuerza por unidad de superficie. En general, la fórmula para la presión es la siguiente:

En la fórmula anterior no están asignadas las unidades específicas de fuerza y área. Existen dife-rentes unidades que describen la misma idea básica; fuerza por unidad de área. Las unidades de presión pueden ser:

• Libras por pulgada cuadrada (lbs/plg2)

• Libras por pie cuadrado (lbs/pie2)

• Kilogramos por metro cuadrado (kg/m2)

• Kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm2)

• Así como atmósferas, bars, kilopascals, etc..

La presión también se puede expresar como la presión equivalente a una columna de líquido.

Para contestar a la pregunta de qué es la presión, se debe considerar la estructura y composición de todas las substancias. Todas ellas están formadas por partículas pequeñas llamadas moléculas. Las moléculas de los sólidos están fijas en su mayoría y encerradas en la estructura cristalina que caracte-riza al sólido. Mientras las moléculas se mueven más rápido, más fuerza ejercen sobre el cuerpo que impide su movimiento. A medida que un mayor número de moléculas golpean a un objeto, se ejerce más fuerza sobre este. Las moléculas más pesadas ejercen mayor fuerza.

Nota: Cuando se habla acerca de un objeto que impide el movimiento molecular de un gas o un líquido, se hace referencia unicamente al mo-vimiento de moléculas en esa dirección. Realmente las moléculas de los gases son casi totalmente elás-ticas. Cuando se están moviendo a una velocidad específica y golpean a un objeto, rebotan y aban-donan el objeto a una velocidad casi igual a la velocidad inicial.

La cantidad de fuerza que ejerce una molécula, depende de la velocidad de la misma, del número de moléculas que golpean el objeto y del tamaño de las mismas. Para medir la fuerza de las moléculas que golpean sobre una unidad de superficie, se mide la presión.

Considere una caja que mide una pulgada por lado. Si se quisieran sacar todas las moléculas de aire de la caja, esta tendría una presión interior igual a cero. Si se pesara esta caja y posteriormente se llenara de moléculas de aire y se volviera a pesar, se encontraría que la caja ganó algo de peso. Las moléculas de aire pesan algo. Si se apilaran pulga-das cúbicas de aire, una arriba de la otra, se ten-drían que apilar una gran cantidad de estos volumenes para acumular una libra de aire. La presión en la superficie inferior de esta pila de pul-

P F A⁄=

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gadas cúbicas sería de una libra por pulgada cua-drada.

Todos estamos sumergidos en un hondo mar de aire que rodea a la tierra. Su profundidad es tal que la presión que ejerce no es solo de una lb/plg2, sino de 14.7 lbs/plg2 a nivel del mar. Esta presión (siem-pre presente) es a lo que se denomina presión atmosférica. Es importante notar que esta presión varía con la altitud. Si se parara sobre el nivel del mar, la presión atmosférica promedio sería de 14.7 lbs/plg2. Si se ubicara en una colina o montaña, la presión atmosférica disminuiría (recuerde que existe un apilamiento menor de particulas de aire sobre usted). Por el contrario, si se relocaliza en un lugar más abajo del nivel del mar, la presión atmos-férica sería mayor a 14.7 lbs/plg2 (1.033 kg/cm2 o una atmósfera).

Las mismas ideas se aplican a la presión de líquidos si otra vez se pesa una caja de una pulgada cúbica, se llena de líquido y se vuelve a pesar, el peso de la caja aumenta. Si se apilan pulgadas cúbicas de vo-lumen de líquido, una arriba de la otra, como se hizo con el aire, el peso sobre la superficie inferior de cada cubo depende del peso de las moléculas del líquido y de la altura del apilamiento de volumenes.

Una pulgada cúbica de agua pesa aproximada-mente 0.0361 libras. El peso de una pulgada cúbica de agua es exactamente la mitad del peso de dos pulgadas cúbicas de agua; y la presión en el fondo de una pulgada cúbica de agua es exactamente la mitad de la presión en el fondo del mismo cubo cuando se apilan dos pulgadas cúbicas de agua, una arriba de otra. De esta manera, la presión ejer-cida sobre esta superficie es de 0.0361 libras por pulgada cuadrada.

Se puede establecer una presión equivalente en términos de la altura de esta columna de agua. Una columna de una pulgada de agua es equivalente a 0.0361 lbs/plg2. Por lo tanto, se puede convertir cualquiera de estas dimensiones a presiones equi-valentes (altura de columnas) de otros líquidos dis-tintos al agua.

Una pulgada de agua equivale a: 0.083333 pies de agua, 5.198 lbs por pie cuadrado, 0.0361 lbs por pulgada cuadrada, 25.42 kilogramos por metro

cuadrado, 1.867 milímetros de mercurio, 0.00246 atmósferas, 0.002599 toneladas cortas por pie cuadrado, 0.00249 megabars o megadinas por cen-tímetro cuadrado.

2:011 Presiones Atmosférica, Barométrica y Manométrica

La presión atmosférica es aquella que existe alre-dedor de nosotros debido a la capa de aire que rodea a la tierra. Esta capa es tan gruesa que ejerce una presión de 14.7 libras por pulgada cuadrada sobre el nivel del mar. El barómetro es el instru-mento que se emplea para medir la presión atmos-férica. Este instrumento consiste de un tubo abierto en un extremo y cerrado en el otro, lleno de mercu-rio. El extremo abierto se invierte en un recipiente con mercurio y se permite que el sistema entre en equilibrio. Bajo esta condición se registra en el tubo una longitud determinada de mercurio.

Sobre la superficie del tubo, solo permanece vapor de mercurio. La presión de estos vapores a tempe-ratura ambiente es tan pequeña que por lo general se desprecia. Sin embargo, sobre la superficie del mercurio en el recipiente se aplica presión atmos-férica. Esta presión es la fuerza impulsora que man-tiene al mercurio dentro del tubo, a un nivel superior. Si se observa día con día el nivel de mercurio, notará que la presión atmosférica varía, pero en general, es suficiente para mantener el nivel a aproximadamente 30 pulgadas sobre el nivel de mercurio en el recipiente.

Esta medición de presión es una medición absoluta. Esto significa que la presión medida, para este caso la presión de la atmósfera, se compara con la condi-ción de cero presión (recuerde que se desprecia la presión del vapor de mercurio existente sobre la columna). La presión atmosférica y la barométrica son dos términos que por lo general indican la misma cosa. Cuando se emplea el término presión atmosférica, usualmente se hace referencia a la presión promedio del aire que rodea a la tierra. El promedio puede resultar diferente a la presión barométrica. Esta presión usualmente se define en términos precisos, con referencia al tiempo y la ele-vación. Por ejemplo, “560 mm de mercurio el 22 de septiembre de 1986 a las 10:00 AM en el Observa-torio de Meteorología de la Ciudad de México”.

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Normalmente, todas las mediciones de presión se hacen tomando como referencia el nivel de presión cero de la presión atmosférica. Al definir la presión de esta manera, se desprecia la pequeña variación en la presión atmosférica. A estas presiones se les conoce como presiones atmosféricas.

Comunmente los manómetros usados para medir presión manométrica, son medidores de presión diferencial. Están ajustados de tal manera que el instrumento da una lectura de cero cuando la presión alrededor del mismo es realmente la presión atmosférica. Las unidades de presión se abrevian como libras por pulgada cuadrada o psi. Las unidades de presión manométrica se abrevian lb/plg2 man. o kg/cm2 man. o psig (pound per square inch in gauge). Si al definir la presión no se despre-cia la presión atmosférica, las unidades de presión son absolutas y se abrevian lbs/pulg2 abs, kg/cm2 abs, o psia (pounds per square inch absolute).

Normalmente la presión atmosférica se usa como referencia. A las presiones por debajo de ella se les denomina vacios. La presión barométrica es una medición de la presión atmosférica. La presión absoluta es una medición de cualquier presión que usa la presión cero como referencia.

2:100 QUÉ HACE UN CIRCUITO DE CONTROL DE PRESIÓN

Ver ♦ Figura 1, “Diagrama de Entradas y Salidas”.

El circuito de control de presión hace lo siguiente:

1. Controla la presión de un líquido o gas, o bien, la diferencia de presión entre dos puntos de un proceso.

2. Mantiene la presión a un valor predeterminado entre un mínimo y un máximo. El valor lo establece el punto de control del controlador.

3. Ajusta la presión o la diferencia de presión en varios valores según lo determine el operador.

4. Puede indicar visualmente el valor de la presión (indicación y/o registro).

5. Desarrolla funciones auxiliares tales como alarma o paro de equipo bajo condiciones anormales de presión.

2:200 DE QUÉ CONSISTE

Cualquier combinación de equipo, aparatos y gente que tengan la función de mantener un valor deseado de presión, pueden formar parte de un cir-cuito de control de presión. En un extremo, una per-sona con una cubeta llena de agua y un sifón, podría controlar la presión moviendo la cubeta hacia arriba y hacia abajo, cambiando así la carga hidrá-ulica y la presión del agua en el nivel del suelo, lo-grando un circuito de control de presión. En el otro extremo, una instalación complicada podría consis-tir de bombas o compresores, válvulas y una com-putadora. Las instalaciones normales caen en medio de estos dos ejemplos extremos. El flujo de información de y hacia dicho sistema, se muestra en la ♦ Figura 1, “Diagrama de Entradas y Salidas”.

Los circuitos más comunes de control de presión, consisten de lo siguiente:

1. Un dispositivo sensor de presión (llamado elemento primario o elemento sensor).

2. Un transmisor de presión.

3. Un dispositivo de representación visual (usualmente un indicador o un registrador, a menudo simplemente un manómetro).

4. Un generador de punto de control.

5. Un controlador.

6. Un elemento final de control (usualmente una válvula de control).

7. Dispositivos auxiliares (alarmas, válvulas de seguridad y alivio, etc.).

8. Selector AUTO/MAN.

9. El proceso en sí.

Observe la ♦ Figura 2, “Diagrama Funcional de Bloques”. El dispositivo sensor de presión se encuentra en el transmisor, el cual manda una señal proporcional a la presión, al indicador o al registra-dor y al controlador.

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El registrador o el indicador suministra una repre-sentación visible de la señal de presión que recibe. El controlador recibe la señal de medición (del transmisor de presión) y también una segunda señal de entrada llamada señal de punto de control. Si existe alguna diferencia entre ellas (error), se genera una señal de salida que reposiciona a la vál-vula de control.

Un generador de punto de control es un dispositivo que usa el operador para ajustar la presión reque-rida en el circuito. Esto se hace en el controlador.

El punto final de control recibe la señal de salida del controlador y se reposiciona de acuerdo a ella. Usualmente el elemento final de control para presión es una válvula de control, pero podría ser también un controlador de velocidad de una bomba o de una mampara de abertura variable.

El proceso consiste en una fuente de presión como una bomba, un compresor, un recipiente presuriza-do, etc., con sus válvulas, tubería y la sección de sa-lida o de "corriente abajo".

La ♦ Figura 3, “Circuito Típico de Control de Presión”, muestra un circuito típico de control de presión que emplea un transmisor que contiene el elemento primario, un registrador como dispositivo indicador, un generador neumático de punto de con-trol (en el controlador), un controlador y una válvula de control como elemento final. El recipiente y su tubería son el proceso.

La instalación mostrada, también puede proporcio-nar el control manual. esto significa que el operador tiene la opción mediante una es-tación auto/manual, de mover manualmente la válvula de control en caso de falla en el circuito. Otra manera de controlar manualmente el proceso se da cuando la tubería cuenta con una válvula de derivación.

La ♦ Figura 4, “Diagrama de Bloques de un Circuito de Control de Presión con Estación Manual/Automático”, muestra un diagrama de bloques de un circuito de control con interruptor de transferencia manual/automático. También muestra una válvula en derivación. En la ♦ Figura 5, “Circuito Típico de Control de Presión con Estación de Transferencia Manual/Automático y Derivación”, se muestra un diagrama de flujo del mismo sistema. ª

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PRÁCTICA NO. 1

1. ¿Cuál es el propósito de una instalación de control de presión?

2. Completar un Diagrama Funcional de Bloques de un circuito de control de presión y muestre los flujos.



2:300 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Analicemos más a fondo todos los componentes del sistema de presión, lo que hacen y cómo lo hacen.

2:310 ELEMENTO PRIMARIO

El elemento primario de un circuito de presión, detecta la presión mediante una deflexión mecánica, la cual se convierte en una señal neu-mática en el transmisor. Usualmente, el elemento primario se aloja en el transmisor.

Por lo general, el elemento primario del transmisor es de tres tipos y cada uno responde a una diferen-cia de presión. Se puede medir presión absoluta evacuando un lado del elemento primario o se mide presión manométrica (referencia a la atmosférica) venteando el lado de baja presión.

2:311 Diafragma

El elemento primario de diafragma mostrado en la ♦ Figura 6, “Elementos de Presión Tipo Diafragma”, mide de manera precisa presiones relativamente bajas. Los diafragmas para medición de presión son metálicos o no metálicos, dependiendo del rango y fluido del proceso. El diafragma metálico puede usar sus propias características de resorte, pero los no metálicos están normalmente opuestos por un resorte calibrado. El resorte puede ser plano o cor-rugado.

Un tipo especial de diafragma, llamado encapsu-lado, tiene interconstruido un elemento de amor-tiguación. La cápsula consiste de dos diafragmas metálicos sellados y de una placa central que con-tiene los orificios de amortiguación. La cápsula se llena con líquido de silicón de baja presión de vapor. Al recibir un desbalanceo en las presiones, el líquido de llenado se desplaza a través de los orifi-cios de amortiguación a la otra cámara de la cáp-sula, moviendo la pieza central que une a ambos diafragmas. El disco rígido interno sirve como límite mecánico del movimiento del diafragma.

2:312 Fuelle

Este elemento es un cilindro hueco y corrugado que se expande y contrae axialmente. Se usa para pre-siones medias de aproximadamente 10 a 100 lb/pulg2. La ♦ Figura 7, “Elemento de Presión Tipo Fuelle”, muestra algunos fuelles típicos.

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El fuelle actúa como el diafragma, respondiendo a la diferencia de las presiones interna y externa, pero un resorte calibrado mantiene al fuelle en su posición cero. Cuando ambas presiones son iguales, el fuelle está en su posición de reposo. Cuando las presiones no son iguales, el fuelle ejerce una fuerza igual a la diferencia multiplicada por el área efectiva.

2:313 Tubo Bourdón

El tubo Bourdón de amplio uso en los manómetros, consiste en un tubo hueco de metal doblado en forma de “C”, en espiral o en forma helicoidal. Cuando se aplica una presión al interior del tubo Bourdón, este trata de enderezarse, produciendo una deflexión del extremo libre proporcional a la diferencia de presión afuera y dentro del tubo. Con este elemento pueden medirse presiones relativa-mente altas. La ♦ Figura 8, “Elemento de Presión Tipo Tubo Bourdón”, muestra distintos tipos de tubos Bourdón.

Aunque el tubo bourdón se considera altamente confiable y exacto, tiene dos limitaciones que no tienen los otros elementos primarios:

1. Su respuesta no es tan rápida.

2. La fuerza disponible en su punto (extremo libre) es pequeña.

2:320 TRANSMISOR DE PRESIÓN

El transmisor de presión es un dispositivo que con-tiene al elemento primario y transforma su pequeña señal de salida mecánica en una señal neumática o eléctrica. La señal de salida del transmisor es pro-porcional a la presión medida por el elemento pri-mario.

La ♦ Figura 9 “Transmisor Básico de Presión”, muestra un transmisor de presión simplificado. Se le su-ministra aire al transmisor proveniente de la línea de aire de suministro y la señal de salida se conecta mediante la tubería hacia los instrumentos recep-tores como el controlador y el registrador.

Los componentes básicos de un transmisor incluyen:

1. Un mecanismo sensor o de medición (unido mecánicamente al elemento primario).

4.5m co16/txt 12

CO16Operación de Circuitos de Control de Presión



2. Un mecanismo detector.

3. Un mecanismo de ganancia.

4. Un mecanismo de señal de salida.

5. Un mecanismo de balanceo o de retroalimen-tación.

El transmisor que se muestra en la ♦ Figura 9, usa un elemento de presión tipo fuelle conectado a un extremo de la viga de fuerza. La fuerza generada por la presión de entrada tiende a mover la viga hacia arriba respecto al pivote, disminuyendo el espacio entre la boquilla del detector y el otro extremo de la viga. Esto ocasiona que aumente la presión de la señal de salida. Esta presión la recibe el fuelle de balance. Este cambio en la presión de retroalimentación balancea al transmisor, limitando el movimiento de la viga a un valor muy pequeño de quizás algunas milésimas de pulgada.

La presión de la viga se puede cambiar ajustando la tensión del resorte de rango para lograr un span o ganancias diferentes. Note que la señal de salida del transmisor se incrementa al aumentar la presión de entrada y viceversa. A este efecto se le conoce como acción directa.

La ♦ Figura 10, “Esquema de un Transmisor de Presión Típico”, muestra un transmisor similar al mostrado en la ♦ Figura 9 pero este emplea un rel-evador en la señal de salida para amplificar la pequeña variación de presión generada por el detector. El uso de un detector de baja ganancia logra una mejor estabilidad y linealidad en la señal de salida. El relevador neumático también puede usarse para invertir la dirección de la señal de salida con respecto a la de entrada y por lo tanto la acción del transmisor.

El transmisor de la ♦ Figura 10 es de acción inversa ya que al aumentar la señal de entrada, disminuye la señal de salida.

2:330 DISPOSITIVOS DE INDICACIÓN VISUAL

Este elemento del circuito de control de presión tiene como función convertir la señal del transmisor en una indicación o registro de la señal medida.

Un indicador presenta una señal visual para el ope-rador pero no proporciona un registro de medi-

ciones anteriores. Unicamente indica lo que sucede mientras se le observa. El indicador de presión más común es el manómetro. Este instrumento se conecta directamente al proceso y su escala indica la presión del mismo.

Existen manómetros o indicadores de presión que reciben la señal neumática del transmisor y no la presión directa del proceso. Estos indican la presión del mismo más no contienen en su interior una presión menor (3-15 lb/plg2 normalmente).

Los indicadores también se encuentran integrados a los controladores mediante dos arreglos comúnes en forma horizontal o vertical e indican directamente el valor de la variable medida. En algunos casos, los controladores tienen un indicador que muestra las desviaciones respecto al punto de control. El ge-nerador de punto de control tiene una escala móvil y el indicador un índice, el cual solo responde a las desviaciones o errores entre el punto de control y la medición.

Otro tipo de indicador es el resgistrador o indicador múltiple. Este instrumento conecta en secuencia diferentes mediciones de proceso, indicándolas en una escala o imprimiendolas en una gráfica móvil.

Por lo general el registrador tiene una pluma que se deflexiona de acuerdo con la magnitud de la presión que se está midiendo. La pluma traza con tinta el valor de la medición sobre una gráfica, dejando un registro permanente de presión vs tiempo.

2:340 GENERADOR DE PUNTO DE CONTROL

En cualquier circuito de control de presión debe haber un medio de indicarle al controlador en donde mantener la presión del proceso. A esta referencia se le conoce como el punto de control del proceso. Algunos controladores cuentan con un punto de control mecánico integrado. En otros casos se usa un generador separado. A veces el generador de punto de control se utiliza en combinación con la estación auto/manual para proporcionar, tanto señal para control manual del elemento final como señal para el control automático.

El generador de punto de control está colocado en el registrador. Este arreglo proporciona al operador una indicación de que tanto mantiene el circuito el

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valor del punto de control. Las ♦ Figuras 4 y 5 mues-tran el generador de punto de control. Para los siste-mas neumáticos, el generador es básicamente un regulador de presión con suministro de aire inde-pendiente.

2:350 CONTROLADOR

El propósito de todo circuito de control de presión es mantener la presión del proceso en el punto de con-trol. Para esto, el controlador compara la presión real (medición) con la presión requerida (punto de control). Si existe algún error, el controlador produce una señal de salida para eliminarlo o reducirlo.

En la ♦ Figura 11, “Diagrama un Controlador Tipo Balance de Fuerza”, se muestra un controlador de presión neumático típico de balance de mo-vimiento angular.

Notará que en este tipo de instrumentos, el compo-nente clave es la palanca flotante ya que no está unida al chasis. Se le denomina palanca de con-trol. Su función es comparar las señales de entrada con las señales de retroalimentación. Examine la ♦ Figura 13, “Diagrama de un Controlador Neumático de Presión”. La palanca de control tiene dos puntos de pivote, ninguno de ellos fijo. Pivotea respecto a la señal de entrada y pivotea respecto a la señal de salida. La ♦ Figura 12, “Diagrama Funcional de un Controlador Real de Presión” muestra la palanca flotante y su pivoteo.

Hay otra diferencia importante entre las dos figuras anteriores. Note que en la ♦ Figura 12 hay dos fuelles opuestos que forman el mecanismo de señal de entrada. Unos de esos fuelles es para la señal del punto de control y el otro para la señal de med-ición. En la ♦ Figura 13, la señal de entrada luce bastante diferente. Primero parece que existe un solo componente de señal de entrada, el tubo Bour-dón. Esto es cierto, el punto de control se cambia en este instrumento modificando la posición o referen-cia del tubo bourdón de entrada, lo cual se logra girando la ménsula sobre la que está montado el tubo. Al girar el extremo libre de este, el tubo se eleva o desciende, cambiando la posición de la palanca de control y por lo tanto la separación boquilla/pantalla.

Otro punto a considerar es que la ♦ Figura 13 mues-tra que la palanca de control tiene una extensión. Es esta extensión la que hace las veces de pantalla de la boquilla. Esto significa que el movimiento del tubo bourdón o del fuelle de retroalimentación se multi-plica por el lado izquierdo de la palanca de control. Esta palanca, como sucede muy a menudo, no solo es un mecanismo de comparación, sino un meca-nismo de ganancia. En este caso, aparentemente la ganancia es fija ya que las distancias son fijas entre las señales de entrada y la boquilla.

En este mecanismo se usan dos resortes de retroa-limentación; uno es un resorte normal que se opone al fuelle y el otro es un resorte en cantilever, plano y de sección rectangular transversal que también se opone al fuelle. Note que el ajuste de este resorte cambia su referencia así como su longitud efectiva. Al mover el ajuste hacia el subconjunto de retroali-mentación, el resorte se pone más rigido. Esto sig-nifica que se requiere de una presión mayor en el fuelle (presión de salida) para lograr un cambio dado en el movimiento de retroalimentación. De esta manera es posible variar la cantidad de cambio de la señal de salida para un cambio dado en la señal de entrada. Recuerde que la ganancia del controlador se determina por la cantidad de retroa-limentación a la señal de error. Se cubrirá esto con mayor detalle al discutir la operación de este instru-mento. Por lo pronto, note que los cambios en la lon-gitud efectiva del resorte cambian la ganancia del controlador.

Hasta ahora se han enfocado las diferencias entre las dos figuras anteriores. Si las observa nueva-mente, verá que lucen bastante diferentes pero en realidad son muy similares. La primera y más impor-tante similitud es la presencia de la palanca de con-trol. En ambas figuras la posición de la palanca la detecta la boquilla. Los mecanismos boquilla/panta-lla reflejan neumáticamente la posición que tiene la palanca de control. La señal de entrada en un caso es un tubo Bourdón y en el otro es un fuelle. La re-troalimentación la proporciona un fuelle opuesto por un resorte.

Empezando por la señal de entrada, el elemento pri-mario es un tubo bourdón. La señal de salida de este se dirige a la palanca de control. Esta a su vez,

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es tanto un mecanismo de ganancia como un com-ponente de comparación, ya que la retroalimen-tación también se aplica a ella. Su señal de salida es la posición relativa que mantiene con respecto a la boquilla. La señal de salida de la boquilla es una presión proporcional a la posición de la palanca de control. Esta presión es la señal de salida.

El controlador es un instrumento con retroalimenta-ción ya que existen dos caminos para el flujo de la señal. Uno va directamente a través de todo el instrumento, desde el mecanismo de la señal de entrada hasta la señal de salida.

El otro camino de la señal, empieza en la señal de salida y regresa hasta la palanca de control mediante los componentes de retroalimentación. Esta señal se opone a la señal de entrada. Observe también que la señal de salida depende de tres fac-tores:

• La función del instrumento.

• El valor de la señal de entrada.

• El valor de la señal de salida.

La existencia de dos caminos de la señal y el hecho de que sea dependiente de tres factores, cumplen totalmente los requisitos para ser un instrumento con retroalimentación.

Suponga que en la ♦ Figura 13 aumenta la presión de la señal de entrada. Este aumento produce un movimiento que levanta el extremo derecho de la palanca de control, la cual al pivotear en el meca-nismo de retroalimentación tapa la boquilla y aumenta la presión de la señal de salida.

Nota: Si se usa un relevador, la contrapresión de la boquilla es la señal de entrada al relevador y la señal de salida del relevador aumenta.

El aumento en la señal de salida se aplica al fuelle de retroalimentación. Este a su vez se expande, ele-vando la palanca de control que al pivotear en el mecanismo de la señal de entrada, destapa la boquilla. Como se puede observar, este movimiento se opone al movimiento de la señal de entrada. Cuando estos dos movimientos se equilibran, se estabiliza la señal de salida hasta que haya otro cambio en la señal de entrada.

2:351 Acción del controlador

Con objeto de corregir un error en el circuito, el con-trolador produce una retroalimentación negativa. Esto quiere decir que si un disturbio en el sistema aumenta la presión del proceso causando un error en el controlador, el circuito debe tomar acción para disminuir la presión y por consiguiente reducir el error. Si el controlador hubiera movido el elemento final de control en dirección para aumentar la presión, se hubiera producido un error más grande. Esta sería una retroalimentación positiva con la cual el circuito se iría fuera de control.

2:360 ELEMENTO FINAL

El primer elemento a considerar para determinar las acciones dentro de un circuito de control es el ele-mento final de control, ya que los requerimientos de seguridad dictan su accionar. En el diseño del pro-ceso, el elemento final de control debe tener una acción que proporcione condiciones de proceso seguras en caso de falla en la señal de control. Para el proceso mostrado en la ♦ Figura 5, la válvula de control debe abrir al no haber señal. Si se cierra al presentarse una pérdida de aire, la presión aumen-taría hasta valores anormales y probablemente peli-grosos.

Una vez instalada la válvula de control, su acción no se puede cambiar. La acción de una válvula de con-trol es directa si un aumento en la señal causa un aumento en la presión del proceso. Acción inversa es cuando un aumento en la señal disminuye la presión del proceso.

2:370 PROCESO

El siguiente elemento a considerar es el proceso en sí.

El transmisor con su elemento sensor es también de acción directa, ya que un aumento en la presión medida ocasiona un aumento en su señal de salida. Así, el transmisor y el elemento final de control son dispositivos de acción directa. El único dispositivo que queda donde se puede obtener retroalimen-tación negativa es el controlador. Con objeto de ajustarse a circuitos con elementos de acción directa y de acción inversa, la mayoría de los contro-

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ladores tienen un selector de acción (directa-inversa).

2:380 DISPOSITIVOS AUXILIARES

Un dispositivo auxiliar es cualquier indicador, alarma o dispositivo de seguridad no requerido por el circuito principal de control. Tal dispositivo puede ser un manómetro, un anunciador, una estación manual/auto, etc..

2:381 Manómetros

Los manómetros proporcionan al operador una indi-cación de la presión existente al momento de hacer la lectura. Contienen un elemento sensor de presión cuya señal de salida es un desplazamiento mecánico proporcional a la presión medida. El desplazamiento se conecta a un mecanismo que mueve una aguja o índice. La posición de la aguja sobre una escala visible a través de un cristal indica la presión medida.

Algunos manómetros contienen más de un ele-mento de presión y más de una aguja indicadora con el objeto de conocer la presión en dos puntos distintos con un solo instrumento. Para mayores detalles acerca de los manómetros, refiérase al manual µ IM201 "Indicadores de Presión o Manómetros".

2:382 Alarmas

Usualmente los dispositivos que se emplean para alarma son interruptores de presión operados ya sea directamente por el proceso, o bien, por la presión neumática proveniente del transmisor de presión.

Como en cualquier transmisor, el interruptor con-tiene un elemento sensor de presión cuya señal de salida mecánica actúa sobre un interruptor eléctrico al sobrepasar la presión medida el valor ajustado en esté. El interruptor eléctrico completa un circuito con un anunciador para alertar al operador en caso de presentarse una condición anormal.

Para mayores detalles acerca de los diferentes tipos de interruptores de proceso, refiérase al manual µ EM622 "Interruptores de Proceso".

2:390 ESTACIONES AUTOMÁTICO/MANUAL

Esta estación es un instrumento auxiliar que a menudo se incluye en el circuito a fin de dar al operador la opción de mover manualmente el ele-mento final de control. La estación selecciona la señal, ya sea de un controlador o de un regulador de presión operado manualmente (control manual). En la ♦ Figura 5, cuando se pasa a la posición manual, se usa el generador de punto de control para gen-erar la señal de control manual a la válvula de con-trol.

En algunos instrumentos de diseño más antiguos, se tiene una tercera posición marcada como "sello" (SEAL), la cual queda en medio de las posiciones manual y automático y se emplea para mantener sellada la presión que existe en la válvula de control mientras se cambia de automático a manual.

Típicamente, una estación de control automático/ manual consiste de lo siguiente:

• Interruptor neumático de dos o tres posi-ciones.

• Generador de señal (usualmente un regulador de presión.

• Un manómetro que indica la señal de salida del controlador.

• Un manómetro que indica la señal de salida del generador de señal manual.

Los dos manómetros pueden cambiarse por un manómetro diferencial que indica la diferencia entre las señales de salida del controlador y la señal ma-nual.

En los controladores modernos, se puede pasar de automático a manual y viceversa sin mayores pro-blemas, mientras que en algunos más antiguos se requiere de ciertos procedimientos. Si este proce-dimiento no se sigue cuidadosamente, el proceso puede verse afectado seriamente. Para evitar un disturbio, asegúrese de que la señal manual sea igual a la señal de control automático antes de realizar el cambio. ª

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PRÁCTICA NO. 2

1. Dibuje una Instalación típica de control de presión de su planta.

2. Listar las partes de un circuito típico de control de presión.

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3. Defina:

a. Indicador de presión.

b. Elemento primario.

c. Regulador de presión.




ª3:000CÓMO TRABAJA UN CIRCUITO DE CONTROL DE PRESIÓN

Un circuito de control de presión funciona variando el flujo de un proceso de manera que se mantenga la presión del mismo en el punto de control deseado. La ♦ Figura 3 “Circuito Típico de Control de Presión” muestra un circuito simple de control de presión con una restricción fija en la entrada de un recipiente y una válvula de control de descarga. La contra presión en el recipiente se ajusta variando la abertura de la válvula de descarga y por lo tanto variando el flujo proveniente del recipiente.

El circuito de control de presión mantiene la presión del proceso en su valor requerido:

1. Midiendo la presión del proceso.

2. Comparando la presión real con la presión requerida.

3. Generando una señal de salida basada en la comparación anterior.

4. Ajustando la válvula de control para regular el flujo de líquido o gas que sale del proceso con el objeto de mantener la presión en el valor deseado.

La señal de medición también se usa para indicar al operador la presión existente en el proceso.

Se tienen disponibles, formas de control opcionales para que en caso de falla en el circuito de control automático, el operador pueda usar el control manual o una válvula de derivación.

3:010 ELEMENTOS SENSORES DE PRESIÓN ELÉCTRICOS

Además de los elementos de presión mecánicos de gran uso, existen también elementos primarios de presión eléctricos. Uno de ellos es el vacuómetro Pirani que depende del efecto congelante de un gas a muy baja presión. El medidor de ionización de fi-lamento caliente es similar a un bulbo electrónico común, pero su cubierta está conectada a una fuente de muy baja presión.

Los medidores de deformación pueden usarse junto con los diafragmas o fuelles para medir presión. En realidad, el elemento mecánico primario y el medi-dor de deformación convierte su señal de salida mecánica en una cantidad eléctrica. Las presiones bajo las cuales se puede utilizar este dispositivo son las mismas que soportan los elementos primarios mecánicos.

De manera similar a los medidores de deformación combinados con un elemento mecánico, se usan resistencias eléctricas en las piernas de manóme-tros de columnas llenas de líquido conductor. La resistencia de alambre cambia en forma proporcio-nal a la altura de la columna, dando una señal de salida correspondiente a la presión.

3:020 REGULADOR DE PRESIÓN

Hasta ahora se ha discutido un circuito de control de presión que cuenta con transmisor, controlador y válvula de control. Es posible controlar la presión operando la válvula de control directamente con la presión del proceso. Seleccionando el diafragma de la válvula y el resorte para abrirla y cerrarla alrede-dor de la presión desada, se obtiene un circuito similar al mostrado en la ♦ Figura 14, “Reductor de Presión Auto-Operado”.

Si se examina esta figura, encontramos que las fun-ciones del circuito de control, descritas anterior-mente, están presentes en este simple reductor de

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presión. La presión de control no es la presión redu-cida o corriente abajo. Normalmente se mediría esta presión en el elemento primario del transmisor y se compararía en el controlador con la señal del punto de control. La diferencia resultante activa una vál-vula de control a fin de regresar la presión a su valor deseado. En el reductor, la presión regulada se compara con la tensión del resorte del diafragma del actuador. Si el diafragma se empieza a mover en respuesta a un cambio de la presión corriente abajo, se mueve el restrictor de la válvula para compensar el cambio.

El elemento primario de este circuito es el diafragma de la válvula. El punto de control es la tensión que suministran el resorte y el diafragma. La señal de salida del controlador está representada por el vás-tago de la válvula conectado directamente al restric-tor de la misma, que a su vez es el elemento final de control. Este tipo de regulador es solo uno de los distintos dispositivos de control de presión auto ope-rados que se usan en la industria.

Los reguladores de presión auto operados se usan ampliamente en aplicaciones de regulación de aire, vapor o gas. La ♦ Figura 15, “Válvula Reductora de Presión”, muestra otro tipo de regulador auto ope-rado. ª

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ª4:000EVIDENCIA DE OPERACIÓN CORRECTA

A continuación se presenta lo que el sistema debe hacer.

Nota: Inserte las cantidades normales para su sistema en particular en la lista que se presenta a continuación. Los datos claves deben registrarse en la ♦ Figura 16 "Condiciones Normales de Oper-ación".

1. Debe contener un fluido proveniente de una fuente de alta presión, en un recipiente a presión más baja.

2. Debe mantener la presión de la parte del pro-ceso dentro del tanque, en valores de un mín-imo de ( ) psig a un máximo de ( ) psig.

3. Debe poder variar manualmente un valor de presión según lo requiera y deseé el operador; entre ( ) psig y ( ) psig. (La parte de ope-ración manual).

4. Debe registrar continuamente la presión real dentro del recipiente en una gráfica. (La parte de registro).

5. Debe dar alarma si la presión sobrepasa ( ) psig o caé por debajo de ( ) psig. ª

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ª5:000CONTROL

En esta sección se considera el control de una instalación a presión desde los siguientes puntos de vista:

1. ¿Qué se controla?.

2. ¿Cómo se controla?.

3. Método de control.

4. Evidencia de Control.

5:100 QUÉ SE CONTROLA

En un circuito de control de presión, el proceso se manipula para mantener una cierta presión. La presión se puede controlar mediante el control de entradas y salidas en el proceso. Por ejemplo:

• La presión de gas dentro de un recipiente puede controlarse por venteo de un exceso de presión; o la presión en la línea se puede con-trolar regulando la entrada a la misma desde el cabezal en el proceso.

5:200 CÓMO SE CONTROLA

Se han discutido varios esquemas de control que se usan comunmente para controlar presión. El circuito de control de presión puede consistir de un transmi-sor, un controlador y una válvula de control, o bien, puede ser un controlador montado directamente en la válvula de control o simplemente una válvula reductora de presión.

En todos los casos, la presión de proceso se com-para a una referencia y se aplica una señal de cor-rección a la válvula de control.

5:300 MÉTODO DE CONTROL

Como en la mayoría de los circuitos de control, la presión se controla por estrangulamiento como respuesta de una válvula de control a una señal. Esta señal puede originarse desde una estación de control manual, un controlador automático o el pro-ceso mismo (válvula reductora de presión).

5:400 EVIDENCIA DE CONTROL EN MARCHA

Para conocer si el circuito de control está trabajando correctamente y continuará haciendolo de la misma manera, se requiere cierta información del proceso. Esta información se muestra en la hoja de registro de condiciones normales de operación. Es fácil ver cómo otras variables del proceso pueden afectar la presión de este. Usted puede tratar de controlar una oscilación del proceso y ésta mostrará una fluctu-ación en la presión. Por ello, necesita asegurar todas las condiciones normales de operación y así obtener un buen control. ª


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ª6:000OPERACIÓN EN MARCHA

Esta sección del manual cubre las actividades ruti-narias de operación de una instalación con control de presión. La mayoría de los circuitos de presión operan libres de problemas sin necesitar atención constante y ajustes. Es importante que la operación se monitoree constantemente para detectar cual-quier desviación de la normalidad y poder hacer algo al respecto.

Si el proceso requiere más o menos presión, el punto de control en el controlador se ajusta (ope-ración automática) a fin de obtener la presión deseada.

La operación manual se usa únicamente bajo cir-cunstancias especiales como puede ser un des-gaste severo en el proceso o una falla del controlador para el control en automático. ª

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ª7:000PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN

Consideremos la operación de un circuito típico de control de presión. El operador debe saber como arrancar el circuito, pasar de manual a automático y viceversa y parar el sistema. Otra consideración es que el operador debe conocer los puntos de alarma en el circuito y si existen paros automáticos o inter-conexiones con otros equipos.

7:100 PREPARACIÓN PARA EL ARRANQUE

1. Verifique el suministro de aire al circuito de control, presión.

2. Compruebe la operación de la válvula de con-trol.

3. Revise el registrador.

4. Asegúrese que la válvula de derivación esté cerrada.

7:200 ARRANQUE Y SEGUIMIENTO

Suponga el circuito de control de presión que aparece en la ♦ Figura 5, “Circuito Típico de Control de Presión con Estación de Transferencia Manual/Automático y Derivación”. El procedimiento normal de arranque sería el siguiente:

1. Verifique el suministro de fluido al proceso.

2. Revise la alineación de las válvulas en las líneas de proceso y cierre la válvula de entrada.

3. Transfiera el controlador a manual teniendo la válvula de la entrada cerrada. Cierre también la válvula de control.

4. Abra lentamente la válvula manual a la entrada hasta que se estabilice el proceso.

5. Ajuste el regulador de control manual hasta alcanzar la presión deseada en el registrador o en el indicador.

6. Ajuste el punto de control y transfiera a control automático.

7. Observe la presión registrada para asegúrarse de que se mantiene en el valor deseado sin que se puedan apreciar oscilaciones conside-rables.

7:300 OPERACIÓN NORMAL

Durante la operación puede ser necesario cambiar el valor de la presión. Para esto, cambie lentamente el punto de control al valor deseado. Después de cada cambio en el punto de control, observe la presión medida para asegurarse que llega y se estabiliza en el punto de control con no más de 1 a 2 ciclos alrededor del mismo. Cuando se efectúe un cambio en el punto de control, la señal de salida del controlador debe empezar a cambiar. Observe el indicador de señal de salida del controlador para ver que en efecto cambia. La válvula de control deberá moverse suavemente y la medición debe dirigirse al punto de control. Tenga en mente a todo el circuito y observe que ocurran todos los cambios que espera. ª




ª8:000DETECCIÓN DE FALLAS

El árbol µ de Detección de Fallas, ♦ Figura 17, cubre un circuito de control de presión típico compuesto por un transmisor de presión, un regis-trador, un controlador, una válvula de control y un proceso consistente de una alimentación a presión a un recipiente con una válvula de control de des-carga.

Si el circuito no está haciendo lo que debe de hacer, (ver sección 4:000, “Evidencia de Operación Correcta”), es evidente que existe alguna falla en el circuito y es necesario llevar a cabo la detección de fallas.

1.00 SISTEMA

La evidencia de la operación correcta es la prueba del sistema. Si hace las cinco cosas, el sistema está correcto. Las pruebas de los subsistemas se pre-sentan a continuación:

2.00 PROCESO

¿Puede el proceso mantener la presión deseada de ( .. ) psig?

Prueba: Observa la presión al ir cerrando la válvula de control.

Cómo Probar: Aplique una señal manual paara cerrar la válvula.

Suposiciones: Tenemos evidencia de que la medi-ción de pruebas realizadas por los transmisores es correcta.

Conclusiones: Si la presión llega al valor deseado o arriba, el proceso está correcto. Si la presión es menor a ( .. ) psig., el proceso no está correcto (debe asegurarse de que la válvula cierra adecua-damente).

2.10 Lado de Entrada del Proceso

Prueba: Observe la presión de entrada.

Suposición: El indicador de presión está correcto.

Conclusión: Si la presión a la entrada iguala o excede ( .. ) psig., el lado de entrada está correcto. Si la presión de entrada está por debajo de ( . ) psig., el lado de entrada no está correcto.

2.20 Lado de Descarga del Proceso

Prueba: Observe la posición de la válvula de control mientras se opera en manual. Si la válvula opera desde total abertura hasta total cierre, el lado de descarga está correcto. Si la válvula no se mueve en esta forma, el lado de descarga no está correcto.

3.00 SECCIÓN DE CONTROL MANUAL

¿Puede posicionar la válvula de control de acuerdo con la señal manual?

Prueba: Transfiera a manual. Ajuste el generador de señal manual y observe la posición de la válvula. Esta posición se puede observar detectando un cambio en la presión del proceso (si el circuito de medición responde correctamente).

4.00 PARTE DEL CONTROLADOR

¿Está la válvula posicionada de acuerdo con la rela-ción medición/punto de control y a tiempo?

Prueba: Ver si la válvula se posiciona correcta-mente y a tiempo de acuerdo con la relación medi-ción/punto de control.

Cómo Probar: Mueva el punto de control y observe si la señal de salida del controlador cambia y empieza la acción integral.

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Conclusión: Si lo hace y la válvula de control res-ponde a la señal de sdalida cambiante, el circuito del controlador está correcto. Si la señal de salida del controlador no cambia, es que existe alguna falla en éste.

5.00 CIRCUITO DE MEDICIÓN

¿Son la señal registrada y la señal de entrada de medición al controlador indicativas de la presión real del proceso?

Prueba: Verifique por algún medio diferente, la pre-sión real del proceso.

6.00 ALARMAS

¿Operan las alrmas dentro de los valores prefija-dos?

Prueba: Ajuste el proceso a una presión alta (igual a la ajustada en la alarma) y después una presión baja (igual a la ajustada en la alarma). Observe si operan las alarmas.

Conclusión: Si operan las alarmas, están correc-tas. ª

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ª9:000SEGURIDAD

Una instalación de control de presión es básica-mente segura si se monta, opera y mantiene correc-tamente. Sin embargo, se deben observar ciertas precauciones para protección del equipo y personal que lo opera y mantiene. Las consi deraciones específicas de seguridad son:

1. Que la instalación sea segura verificando que las conexiones, manómetros y el transmisor estén libres de fugas.

2. Opere brevemente las alarmas y cualquier dis-positivo de paro que operen en conjunción con el control de presión.

3. Verifique la operación de los componentes del circuito como el transmisor, el controlador y la válvula para evitar fallas en la instalación. ª

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ª10:000RESUMEN Y RETROALIMENTACIÓN

10:100 RESUMEN

Este manual cubre la operación de un circuito de control de presión. Como sería muy difícil cubrir todas las posibles combinaciones de equipos que podrían formar un circuito de control de presión, se cubrieron unicamente los más comunes.

Cada instalación tiene los mismos equipos básicos que son:

• Elemento primario.

• Transmisor.

• Indicador o registrador.

• Generador de punto de control.

• Controlador.

• Estación manual/automático.

• Elemento final de control.

• El proceso, incluye:

— Toda la tubería y las válvulas.

• También se cubrió el equipo auxiliar que se encuentra normalmente en las instalaciones

de control de presión tales como la estación de auto/manual, alarmas, etc..

Se discutieron varios elementos primarios para presión así como las funciones de los registradores, controladores y elementos finales de control.

Se discutió también el ajuste del controlador para acoplarse a condiciones especiales del proceso así como los procedimientos para transferir de manual a automático y viceversa.

Se cubrió el método lógico o sistemático de detec-ción de fallas en un circuito de control de presión.

Recuerde, un procedimiento para hacer algo es bueno, más no es un substituto del razonamiento. Este manual trata de dar una idea general sobre todo el circuito de control de presión. Usted debe reconocer que este documento cubre sólo las insta-laciones comunes, por lo que debe ser capaz de rel-acionar lo aprendido aquí a otros sistemas más complejos.

10:200 RETROALIMENTACIÓN

Esta sección se divide en Retroalimentación Escrita y Retroalimentación en Campo.

10:210 RETROALIMENTACIÓN ESCRITA

1. Liste y describa funcionalmente las partes de un circuito de control de presión.

2. Haga un diagrama de una instalación de con-trol de presión.

3. Describa el procedimiento de arranque de un circuito típico de control de presión y después describa el cambio a control automático.

4. Diga como podría determinar si los compo-nentes de un circuito de control simple de presión están operando correctamente.

10:220 RETROALIMENTACIÓN EN CAMPO

1. Trace una instalación de control de presión en el campo.

2. Transfiera un control de presión automático a control manual y viceversa sin provocar un choque. ª


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Fig. 1 Diagrama de Entradas y Salidas de un Circuito de Control de Presión

CIRCUITO DECONTROL DE PRESIÓN

Punto decontrol

Suministro eléctrico ode aire a instrumentos

Fluido de proceso apresión controlada

Representación visual

Alarma o señal de paro

Fluido de proceso apresión sin control

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Fig. 2 Diagrama Funcional de Bloques

TRANSMISOR

Fluido de proceso apresión sin control

ELEMENTOPRIMARIO

REGISTRADORO INDICADOR

CONTROLADOR

PROCESO

ELEMENTO FINALDE CONTROL

Fluido de proceso apresión controlada

Medición

Punto de control

Medición


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Fig. 3 Circuito Típico de Control de Presión

Señal de Medición

Suministro de aire

Suministro de aire Salida de fluidode proceso

Señal decontrol

3 - 15 psig

Suministrode aire

Punto decontrol

Señal de medición3 - 15 psig

Entrada de Fluidode proceso

VÁLVULA DECONTROL

POSICIONADOR

ESTACIÓN AUTO/MAN.

CONTROLADOR

REGISTRADOR

ELEMENTO PRIMARIOY TRANSMISOR

PROCESO

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Fig. 4 Diagrama de Bloques de un Circuito de Control de PresiónCon Estación Manual /Automático

TRANSMISOR

ELEMENTOPRIMARIO

REGISTRADOR

CONTROLADOR

PROCESO

ELEMENTO FINALDE CONTROL

Presión

Medición

Punto de control

Medición

VÁLVULAMANUAL

(HAND JACK)

DERIVACIÓN(BY-PASS)


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Fig. 5 Circuito Típico de Control de Presión con Estación deTransferencia Manual/Automático y Derivación

Punto de control

Suministro de aire

Salida defluido de proceso

Derivación(by-pass)

Entrada defluido deproceso

Suministrode aire

Señal de medición3 -15 psig

TRANSMISOR

CONTROLADORSeñal de salidadel controlador VÁLVULA DE CONTROL

REGISTRADOR

PROCESO

8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 32



Fig. 6 Elementos de Presión Tipo Diafragma

DIAFRAGMA DECAPSULAS MULTIPLES

DIAFRAGMA FLEXIBLE

CAPSULA DEDIAFRAGMA LLENO

Baja presión

Señal de salida mecánica

Alta presión

Baja presión

Señal de salidamecánica

Alta presión

Alta presión

Baja presión

Resorte

Orificio deamortiguaciónDiafragma lleno

de líquido


8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 33



Fig. 7 Elemento de Presión Tipo Fuelle

FUELLE SIMPLE FUELLE ENCAPSULADOCON RESORTE


Presión


Presión

Fuelle

Resorte

8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 34



Fig. 8 Elementos de Presión Tipo Tubo Bourdón

Movimiento desalida

Presión deentrada

(A) CIRCULAR

Presión de entrada

Movimiento desalida

(B) ESPIRAL

Presión de entrada

Movimiento desalida

(C) HELICOIDAL


8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 35



Fig. 9 Transmisor Básico de Presión

Cero ó ajuste de referencia

Resorte de rango

Viga

Pivote(Ajuste de span)

Mecanismo sensor(fuelle u otro elemento

primario)

Señalde entrada

Fuelle de balance óde retroalimentación

Señalde Salida

Relevador

Suministrode aire

Restricción

Boquilla otobera

DetectorPantalla odeflector

8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 36



Fig. 10 Esquema de un Transmisor de Presión Típico

Pantalla

Eslabón de laviga de fuerza

Viga de fuerza

Diafragma

Alta presión Bajapresión

Diafragmaencapsulado

Chasis

Ajuste delocalización

de span

Fuelle deretroalimentación

Palanca deretroalimentación

Ajuste de span

Señal desalida

Boquilla

Relevador

Suministro de aireRestricción


8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 37



Fig. 11 Diagrama de un Controlador Tipo Balance de Fuerza

Ajuste deintegral

Fuelle deintegral

Boquilla o toberaPantalla o deflector

Restricción

Relevador

Suministro deaire

Fuelle deretroalimentación

Ajuste deganancia

Entrada depunto de control

Entradamedición

Salidacontrolada

8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 38



Fig. 12 Diagrama Funcional de un Controlador Real de Presión

Movimientode entrada

Señal de puntode control3 -15 psig.

Fuelle de puntode control

Palancaflotante

Movimiento deretroalimentación

Fuelle integral

Ajuste deintegral

Ajuste dederivada

Fuelle proporcional

RelevadorSuministro

de aire20 psig.

Señal de salida3 - 15 psig.

Restricción

Señal demedición

3 - 15 psig.


8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 39



Fig. 13 Diagrama de un Controlador Neumático de Presión

8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 40



Fig. 14 Reductor de Presión Auto-Operado

Presión dealimentación

Presiónreducida


8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 41



Fig. 15 Válvula Reductora de Presión

Restrictor

Presión deentrada

Diafragma

Resorte

Cuerpo

Tornillo de ajustede presión

Orificio dedesfogue

Presiónde salida(reducida)

Perilla deajuste

Diafragma

Conexión paramanómetro

8rev 6/19/98 doc 4.5m co16/ftc 42



Fig. 16 Condiciones Normales de Operación

% dePresión

Posición de la Válvula

100 0%9080706050403020100

8rev 6/25/98

doc 4.5m

co16/fdc

43/44

CO16


Aprobado por:______________Revisado por:________________

Fecha de Revisión: _________ Fecha de Aprobación: ________

MTS

ª

TECNOLOGIA

Fig. 17 Árbol de Detección de Fallas

1.00 CIRCUITO DE CONTROL DE PRESIÓNLa evidencia de buena operación es la prueba del sistema. Si hace las cinco cosas, el sistema está correcto. Las pruebas de los subsistemas sepresentan a continuación.

2.00 EL PROCESO¿Puede el proceso mantener la presión deseada de ( ) psig?.Prueba: Observe la presión al ir cerrando la válvula de control.Cómo Probar: Aplique una señal manual para cerrar la válvula.Suposiciones: Tenemos evidencia de que la medición de pruebas realizadas por el transmisor es correcta.Conclusiones: Si la presión llega al valor deseado o arriba, el proceso está correcto. Si la presión es menor a ( ) psig, el proceso no está correcto(Debe asegurarse de que la válvula cierra adecuadamente).2.10 Lado de Entrada del ProcesoPrueba: Observe la presión de entrada.Suposición: El indicador de presión está correcto.Conclusión: Si la presión a la entrada iguala o excede ( ) psig, el lado de entrada está correcto. Si la presión está por debajo de ( ) psig, el ladode entrada no está correcto.2.20 Lado de Descarga del ProcesoPrueba: Observe la posición de la válvula de control mientras se opera en manual. Si la válvula opera desde total abertura hasta total cierre, ellado de descarga está correcto. Si la válvula no se mueve en esta forma, el lado de descarga no está correcto.

3.00 SECCIÓN DE CONTROL MANUAL¿Puede posicionar la válvula de control de acuerdo con la señal manual?.Prueba: Transfiera a manual. Ajuste el generador de señal manual y observe la posición de la válvula. Esta posición se puede observar detectandoun cambio en la presión del proceso (si el circuito de medición responde correctamente).

1.0CIRCUITO DE CONTROL

DE PRESIÓN

3.4

Vál

vula

de

Con

trol

4.0 Controlador

4.3

Vál

vula

de

Con

trol

IndicadorRegulador

Señal de salidaIndicadorConexionesSeñal de entrada de S/PSeñal de entrada de medición

4.1

Gen

erad

or d

eP

unto

de

Con

trol

ConexionesSuministro de aire

3.2

Reg

ulad

or

3.1

Inte

rrup

tor

Aut

o/M

an.

Control Manual 3.0

3.3

Indi

cado

r

PosicionadorCuerpo

Actuador

3.4

Con

exio

nes

TransmisorSuministro de aire

MúltipleTubería

5.2

Tran

smis

or

5.1

Reg

istr

ador

ConexionesCalibración

Representación Visual

Circuito de Medición 5.0

5.3

Con

exio

nes

deTu

berí

a de

circ

uito

6.3

Con

exio

nes

6.1

Aju

stes

Indi

cado

res

2.0 Proceso

2.2

Lado

de

Sal

ida

SuministroTubería y VálvulasManómetro presión

Válvula de ControlTubería y Válvulas

2.1

Lado

de

Ent

rada

4.2

Con

trol

ador

6.2

Anu

ncia

dor

6.0 Alarmas

Energí

a Eléc

trica

Aire de

Instru

mentos

4.00 PARTE DEL CONTROLADOR¿Está la válvula posicionada de acuerdo con la re-lación medición/punto de control y a tiempo?.Prueba: Ver si la válvula se posiciona correctamente y a tiempo de acuerdo con la relación me-dición/punto de control.Como Probar: Mueva el punto de control y observe si la señal de salida del controlador cambia y em-pieza la acción integral.Conclusión: Si lo hace y la válvula de control responde a la señal de salida cambiante, el circuito del controlador está correcto. Si la señal de salidadel controlador no cambia, es que existe alguna falla en esté.

5.00 CIRCUITO DE MEDICIÓN¿Son la señal registrada y la señal de entrada de medición al controlador indicativas de la presión real del proceso?.Prueba: Verifique por algún medio diferente, la presión real del proceso.

6.00 ALARMAS¿Operan las alarmas dentro de los valores prefijados?.Prueba: Ajuste el proceso a una presión alta (igual a la ajustada en la alarma) y después una presión baja (igual a la ajustada en la alarma). Observesi operan las alarmas.Conclusión: Si operan las alarmas, están correctas.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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HOJA DE ANÁLISIS PARA OPERACIÓN

Prep

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Planta:

Unidad:

CO16 Circuito de Control de Presión

|| CIRCUITO DE CONTROL| DE PRESIÓN

| || | Proceso| || | || | |Lado de entrada| | || | || | |Lado de Salida| | || || | Control Manual| || | || | |Estación Auto/Man.| | || | || | |Regulador| | || | || | | Indicador| | || | || | |Válvula de Control| | || | || | |Conexiones| | || || | Controlador| || | || | |Generador de Punto de Control| | || | || | |Controlador| | |Página 1 de 2 Prep. para: Por: Personal de MTS Fecha: Noviembre, 1996

HACE CONOCE USA VALIDACIÓN

45/46 mts tecnologia s.a. de c.v. 8rev 6/25/98 doc 4.5m co16/ha1Registro de Aprendizaje



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

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| || | Medición| || | || | |Registrador| | || | || | |Transmisor| | || | || | |Conexiones| | || || | Alarmas| |

HOJA DE ANÁLISIS PARA OPERACIÓN

Prep

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VoBo

Inst

ruct

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uper

viso

r

Planta:

Unidad:

CO16 Circuito de Control de Presión

Página 2 de 2 Prep. para: Por: Personal de MTS Fecha: Noviembre, 1996

HACE CONOCE USA VALIDACIÓN

47/48 mts tecnologia s.a. de c.v. 8rev 6/25/98 doc 4.5m co16/ha1Registro de Aprendizaje (cont.)

op. de circuitos de control de presion

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