PRINCIPIOS DE INSTTRUMENTACIÓN Y CONTROL

QUIMICA ÁREA INDUSTRIAL

ING. JULIO SALGADO CABALLERO

QI01SM-12

DESCRIPCION DE SISTEMAS DE CONTROL

MARIA GUADALUPE PACHECO GUZMANVANESA PEREZ

JOSE LUIS QUEZADA MARTINEZMARIA GUADALUPE RAZO PRIETO

LILIANA RIVAS QUINTANADANIELA RUBIO HERRERA

4/11/2013

Introducción

El objeto de todo proceso industrial será la obtención de un producto final, de unas características determinadas de forma que cumpla con las especificaciones y niveles de calidad exigidos por el mercado, cada día más restrictivos. Esta constancia en las propiedades del producto sólo será posible gracias a un control exhaustivo de las condiciones de operación, ya que tanto la alimentación al proceso como las condiciones del entorno son variables en el tiempo. La misión del sistema de control de proceso será corregir las desviaciones surgidas en las variables de proceso respecto de unos valores determinados, que se consideran óptimos para conseguir las propiedades requeridas en el producto producido.

El sistema de control nos permitirá una operación del proceso más fiable y sencilla, al encargarse de obtener unas condiciones de operación estables, y corregir toda desviación que se pudiera producir en ellas respecto a los valores de ajuste.

Las principales características que se deben buscar en un sistema de control serán:

1. Mantener el sistema estable, independiente de perturbaciones y desajustes.

2. Conseguir las condiciones de operación objetivo de forma rápida y continua.

3. Trabajar correctamente bajo un amplio abanico de condiciones operativas.

4. Manejar las restricciones de equipo y proceso de forma precisa.

La implantación de un adecuado sistema de control de proceso, que se adapte a las necesidades de nuestro sistema, significará una sensible mejora de la operación.

Principalmente los beneficios obtenidos serán:

Incremento de la productividad Mejora de los rendimientos Mejora de la calidad Ahorro energético Control medioambiental Seguridad operativa Optimización de la operación del proceso/ utilización del equipo Fácil acceso a los datos del proceso

Características del proceso

El control del proceso consistirá en la recepción de unas entradas, variables del proceso, su procesamiento y comparación con unos valores predeterminados por el usuario, y posterior corrección en caso de que se haya producido alguna desviación respecto al valor preestablecido de algún parámetro de proceso.

El bucle de control típico estará formado por los siguientes elementos, a los que habrá que añadir el propio proceso.

Elementos de medida (Sensores) Generan una señal indicativa de las condiciones de proceso.

Elementos de control lógico (Controladores): Leen la señal de medida, comparan la variable medida con la deseada (punto de consigna) para determinar el error, y estabilizan el sistema realizando el ajuste necesario para reducir o eliminar el error.

Elementos de actuación (Válvulas y otros elementos finales de control): Reciben la señal del controlador y actúan sobre el elemento final de control, de acuerdo a la señal recibida.

Esta serie de operaciones de medida, comparación, calculo y corrección, constituyen una cadena cerrada constituyen ciclo cerrado. El conjunto de elementos que hacen posible este control reciben el nombre de bucle de control (control loop).

Todo proceso industrial es controlado básicamente por tres tipos de elementos, el transmisor (medidor o sensor) (TT), el controlador (TIC o TRC) y la válvula o elemento final de control.

La combinación de los componentes transmisor-controlador-válvula de control-proceso, que actúan conjuntamente, recibe el nombre de sistema y cumple el objetivo de mantener una temperatura constante en el fluido caliente de salida del intercambiador. Cada uno de los componentes anteriores considerados aisladamente es también un sistema, puesto que cada uno cumple un objetivo determinado. Por ejemplo, el transmisor convierte los valores de la temperatura a señales neumáticas o electrónicas; el controlador mantiene la señal de entrada constante para cada punto de consigna o valor deseado fijado por el operador, mediante la variación de la señal de salida a la válvula de control; la válvula de control convierte la señal de entrada neumática o electrónica a posición de su vástago y, por tanto, gobierna el caudal de vapor con que alimenta el serpentín del intercambiador de calor; el proceso cumple el objetivo de calentar el fluido de salida, mediante el vapor de entrada, y lo hace a través de un serpentín, del que se elimina continuamente el condensado con un purgador. Nótese que en cada uno de los sistemas anteriores se ha considerado una entrada y una salida; por ejemplo, en el caso de la válvula de control, la entrada es la señal procedente del controlador y la salida es el caudal de vapor al serpentín; y en el caso del proceso, la entrada es el caudal de vapor que pasa a través de la válvula y la salida es la temperatura del fluido caliente.

CONTROL DE FLUJO

El control de flujo se usa para regular o controlar el flujo de un líquido a través de

un sistema. Por lo general, ese sistema es industrial o tiene un propósito industrial.

También pueden usarse para medir la cantidad de fluido corriendo a lo largo de un

sistema.

Cuando la presión en un sistema se eleva hasta cierto nivel, se abrirá o cerrará

una válvula de control de flujo, dependiendo de su propósito. Esto alivia o

disminuye la presión en una parte del sistema para mantener el equilibrio con

respecto a las otras partes.

La operación se utiliza en el sistema de control de flujo:

Control de flujo con la ayuda de una válvula proporcional

La magnitud de ajuste en este caso es la carrera del pistón de la válvula, la bomba

P se ejecuta constantemente.

Control de flujo con la ayuda de la bomba.

En este caso, la magnitud de ajuste es la velocidad de la bomba.

El cambio entre los dos modos de funcionamiento se puede hacer simplemente a

través de llaves de paso de accionamiento manual.

Garantiza un flujo constante sobre l proceso dentro del sistema, que permite

lubricar la herramienta de perforación, enfriar la corona de la herramienta y

eliminar los detritos que se obtiene en la perforación. El sistema requiere un

control de flujo con una tolerancia de hasta 1% caracterizado por el parámetro del

elemento de medición y del elemento final de control. Un sensor de flujo cuya

operación está basada en la variación de temperatura, esta coplado a la tubería

que alimenta el sistema de inyección de agua. La señal de control actúa sobre la

bomba sumergible, localizada en el segundo tanque del circuito y su

funcionamiento permite el flujo controlado el líquido.

El sistema consta de: un tanque plástico grande para el almacenamiento del agua,

una bomba centrífuga, tubería PVC, un tanques plásticos pequeños, válvulas de

bola de accionamiento manual, una servo-válvula de control del flujo, un sensor

del flujo de agua con su respectivo transmisor de señal, un transmisor de nivel

implementado por medio de un transmisor de presión diferencial.

El funcionamiento de la planta es hacer circular el agua del tanque de

almacenamiento hacia el tanque pequeño y volviendo al tanque de

almacenamiento, bajo el impulso de la bomba y la gravedad terrestre. Se puede

hacer que el agua circule por uno o más tanques dependiendo de qué válvulas

manuales estén abiertos o cerrados. De esta manera es posible configurar

procesos de control de nivel de primero o segundo orden, según el número de

tanques que intervengan en el proceso.

DIAGRAMA DE CONTROL DE TEMPERATURA

En este sistema de control de temperatura, la temperatura puede aumentarse mediante una calefacción la cual ayudara a mantener un intermix constante del

fluido y del mismo modo se mantendrá una recirculación constante a través de la bomba.

Este sistema cuenta con un motor y una bomba mediante la cual fluye el líquido hacia un tanque de almacenamiento, donde se encontrara un indicador de nivel de flujo (LIA) el cual se mantendrá al tanto de la cantidad del líquido q se encuentra dentro del tanque hasta llegar a su nivel máximo y si hay o no un exceso de este, mandara la señal al dispositivo LS que es un swich o una alarma que se activa en caso de que haya fallas o problemas dentro del proceso de control que se lleva a cabo, dicho swich se encargara de abrir o cerrar las válvulas hasta regular el proceso o dar solución al problema.

Dentro del sistema es utilizada una resistencia eléctrica con el fin de aumentar la temperatura del flujo, la cual será controlada constantemente mediante un indicador de temperatura (TI)el cual estará al pendiente de mantener constante la temperatura que se requiere dentro del proceso que se lleva a cabo, y del mismo modo si existe un error dentro de la temperatura deseada este mandara señal al controlador indicador de temperatura (TIC)para que este posteriormente le informe al swich o alarma (LS) lo que está pasando, si está por encima o por debajo de la temperatura requerida dentro del proceso.

“Sistema de control de nivel”

Explicación del controlador de nivel:

Durante operación normal, el nivel de agua en la vasija del reactor, se mantiene dentro de sus límites por medio del controlador de agua de alimentación, el cual recibe señales del nivel de agua en la vasija del reactor, flujo de vapor y flujo de agua de alimentación.

El nivel de agua se mide por medio de tres sistemas independientes de detección; cada uno consiste de un transmisor de presión diferencial conectado a una columna de referencia con cámara de condensación, ubicada en el pozo seco. El flujo de agua de alimentación, se mide por transmisores de flujo acoplados a elementos de flujo instalados dentro de las líneas de agua de alimentación. El flujo total de agua de alimentación como se utiliza en este sistema, es la suma de las señales de flujo de las líneas de agua de alimentación. El flujo de vapor a través de cada una de las líneas de vapor principal, se mide por medio de transmisores de presión diferencial conectados en los codos de cada una de las líneas. Las señales de flujo de vapor de cada una de las líneas, se suman antes de utilizarse en el circuito de control de agua de alimentación.

El sistema de control de agua de alimentación genera señales que regulan la apertura de las válvulas de control de velocidad de la turbo bomba, por consiguiente controla el ritmo de inyección de las bombas de agua de alimentación. Este sistema también genera las señales de control que regulan la apertura de las válvulas de bypass del flujo de agua de alimentación.

El flujo de agua de alimentación se controla para mantener el nivel de agua en la vasija del reactor al nivel deseado. Durante operación en estado estable, el flujo de agua de alimentación es exactamente igual al flujo de vapor y en consecuencia el nivel de agua en la vasija del reactor se mantiene constante. Un cambio en el flujo de vapor se detecta inmediatamente, y el sistema de control ajusta el flujo de entrada de agua de alimentación para balancear las dos masas del flujo y por consiguiente el nivel. El nivel de agua en la vasija, el flujo de agua de alimentación y el flujo de vapor, se registran en el cuarto de control principal por medio de graficadores.

En el cuarto de control principal se cuenta con alarmas de condiciones anormales del nivel de agua en la vasija del reactor. El nivel deseado de agua en el reactor se

programa como una función del flujo de vapor.

Descripción de componentes:Las componentes del sistema de control de agua de alimentación son: transmisores, amplificadores, indicadores, controladores, registradores, convertidores, válvulas de control, interruptores, relevadores y circuitos de alarma asociados para proteger los parámetros y controlar el nivel de agua en la vasija del reactor.

Este es un Sistema de Control más elaborado, el cual debe respetar más condiciones de Operación tanto para activar las bombas de llenado como la válvula de descarga y la dosificación de la compuerta de materia prima. La Acción del Control sigue siendo ON_OFF, solamente que con 6 salidas de releer esto de acuerdo a los requerimientos del Proceso.

Entrenador de control de procesos (Panel de control Equipo DE LORENZO T.M.)

El entrenador de control DE LORENZO DL2314 es una herramienta que nos proporciona la ayuda para estar monitoreando el proceso y control de los sensores y actuadores de presión, temperatura y flujo en el proceso.

El sistema tiene el propósito de entrenar estudiantes en la medición y control de cantidades industriales. Está compuesto de 5 entrenadores separados, cada uno tratando un parámetro industrial específico, nombrados presión, temperatura, flujo, nivel y PH, permitiendo a los usuarios el estudio de transmisores industriales estándar, controladores y diagramas relevantes que son usados en ingeniería de control.

El sistema permite la comparación entre dispositivos de medición operando en principios físicos distintos, evaluando los diferentes tipos de transductores electrónicos y estudiando los distintos parámetros de un sistema de control.

El entrenador está constituido por:

Un panel didáctico, con un depósito presurizado y un juego de sensores y actuadores de nivel, presión, temperatura y flujo.

Un módulo de control, que contiene los circuitos interface para los sensores y actuadores y circuitos de control ON/OFF, proporcional, integral y derivativo (PID).

Características técnicas

Capacidad del depósito presurizado: 5 litros aprox. Capacidad de tanque de agua: 20 litros aprox. Sensores de temperatura:

• Termo resistencia de platino Pt 100•Termómetro de lectura directa bimetálico

Sensores de nivel:• Transformador lineal variable-diferencial (LVDT)• Sensor ON/OFF tipo on-reed

Sensores de flujo:• Medidor de flujo 8000 pulsos/litro• Medidor de flujo de lectura directa

Sensores de presión:• Galga extensiométrica• Manómetro de lectura directa

Bomba de recirculación: 6 litros/min., 12V/1.5A Válvula motorizada 4 válvulas manuales Resistencia para calentamiento de agua: 48V, 200W Válvula de seguridad ajustada a 2.4 bar Termostato de seguridad Tubería: latón Alimentación: Monofásica de red Con este sistema, el estudiante está capaz de estudiar lo siguiente:

• Estudio de los sensores de nivel, flujo, presión y temperatura• Estudio de las características de la bomba y de la moto bomba• Estudio de las características del proceso estático y de las constantes de tiempo• Control de nivel de lazo cerrado ON/OFF, P, PI, PD, y PID• Control de flujo de lazo cerrado P, PI, PD y PID• Control de temperatura de lazo cerrado ON/OFF, P, PI, PD y PID Control de nivel ON/OFF con sensor de presión

Opcionalmente, es posible conectar al entrenador:• Un microprocesador basado en control de procesos de tipo industrial (DL2314C)• Un registrador de proceso (DL 2314R)• Un controlador lógico programable (DL 2110B)• Una computadora personal con un módulo de interface y software (PC conDL 1893 y DL 2314SW)

Para completar las necesidades de entrenamiento de la industria automotriz, DE LORENZO ha realizado un laboratorio multidisciplinario que permite el estudio técnico y el análisis práctico de los problemas relacionados al campo eléctrico y la tecnología aplicada a los automóviles.

El laboratorio consiste de un juego de paneles de simulación para el estudio de los sistemas y sub sistemas eléctricos y electrónicos que son utilizados en vehículos con motores modernos y de un juego de entrenadores con componentes reales para un enfoque más directo y práctico para los temas automotrices.

Los simuladores cuentan con un software CAI (Instrucción Asistida por Computadora) y se pueden conectar a una red local con un software de control para el maestro. La posibilidad para insertar fallas simuladas incrementa la flexibilidad de estos sistemas didácticos y los hacen apropiados para el entrenamiento motor del mecánico moderno.

CONCLUSIONES

(GUADALUPE PACHECO)

El objetivo principal de esta práctica era conocer físicamente los medidores de flujo, de temperatura, ya que ambos ya habían sido vistos en clase

De la misma manera se conoció el De Lorenzo que dé igual que los otros es muy completo y con el reconocimiento de los elementos puedo concluir que el objetivo si se cumplió

Después de conocer la descripción de cada uno de ellos en clase, fue muy sencillo comprenderlo en el laboratorio, porque el profesor iba explicando la manera en que operan cada uno de ellos, esto se llevó a cabo en el laboratorio de instrumentación y control que es en donde se cuentan con este tipo de equipos muy útiles dentro de cualquier empresa.

En cada uno de ellos se observan las válvulas que los comprenden y cada uno de los elementos de los que están compuestos.

En lo particular el conocer estos instrumentos industriales me ayudó mucho porque refuerzo más mis conocimientos y la aplicación que tiene cada uno de ellos, y estuvo muy completa y llena de grandes conocimientos para el resto del curso y ampliar las habilidades dentro de todo lo que resta de la carrera.

(JOSE LUIS)

Para los procesos en la industria es necesaria la automatización de estos, ya que nos ayudan a optimizar las técnicas de procesos y facilitan el monitoreo de lecturas.

Por esto las industrian implementan controladores de procesos como es el caso del controlador de procesos DE LORENZO, una herramienta compleja para monitorear el proceso, ya que este equipamiento en base a sus indicadores mide la cantidad de flujo que entra al proceso, la temperatura y presión a la que está trabajando el proceso.

(VANESA)

Este sistema de control de procesos da un preciso control de líquidos en una amplia variedad de aplicaciones industriales.

Es un sistema compuesto por un circuito hidráulico y la instrumentación necesaria para efectuar el control del flujo del agua por el circuito o el control del nivel de agua en uno de los tanques del circuito.

Al igual que el control de temperatura y control de nivel de llenado son muy importantes en la industria ya que con estos se pueden hacer implementaciones en los procesos industriales y resultan de mucha ayuda ya que se pueden automatizar y ahorrarse tiempo y trabajo en los procesos.

(GUADALUPE RAZO)

Esta práctica tuvo como objetivo conocer los distintos tipos de controladores de las distintas variables como son la presión, la temperatura, el nivel y el flujo así como también el sistema de Lorenzo (es un sistema complejo que se encarga de mantener el control de tres variables) dichos sistemas pueden ser utilizados en los procesos industriales, además se estudió cual es el funcionamiento de cada sistema, esto para tener un control constante del proceso que se lleva acabo.

Así como también fue de suma importancia el conocer cuáles son sus funciones de cada sistema para estar informado de los posibles errores que se puedan efectuar y de esta manera tener un control adecuado dentro del proceso, sabiendo cómo dar solución a los posibles problemas que puedan surgir.

(LILIANA)

Al concluir la práctica se logró el objetivo de conocer los distintos tipos de controladores y las funciones que cumplen para controlar ciertas variables como lo son temperatura, flujo, presión, nivel, reflujo, pH, etc. Que en una industria se podrá manipular y el cual será más fácil poder cumplir con la controlación de un proceso industrial. De igual manera se pudo reconocer si son de lazo cerrado o abierto aunque cabe destacar que cuando un controlador es automático no se puede interferir en el proceso un ejemplo de controlador de lazo cerrado sería un intercambiador de calor donde aunque haya más presión, temperatura, flujo no se puede intervenir en ese proceso ya que no es un proceso manual.

De igual manera se conoció el equipo de Lorenzo el cual integra tres tipos de control que son presión, temperatura y flujo solamente que este equipo es totalmente manual lo que implica que nosotros podemos interferir en controlar el proceso que se esté realizando.

Utilizando estos sistemas de control nos aseguramos que el producto o proceso cumpla con los lineamientos correspondientes.

(DANIELA RUBIO)

Se conocieron los equipos de control de flujo, temperatura y nivel, así como el de presión.

En cada uno de estos controles el profesor nos iba diciendo el funcionamiento y logramos observar sus controladores principales.

También conocimos el equipo de Lorenzo que integra 3 tipos de controladores que son el de temperatura, flujo y presión, y el profesor nos indicó como identificarlos en el diagrama.

Los sistemas de control se aseguran que las actividades reales se ajusten a las actividades planificadas, para la empresa.

El control puede funcionar en distintas áreas o aspectos.

BIBLIOGRAFIA

http://www.delorenzoglobal.com/upload/download/1363360962-compact_ES_A4.pdf

http://plantscontrol.blogspot.mx/2012/02/capitulo-2-sistemas-de-control.html

http://web.udl.es/usuaris/w3511782/Control_de_procesos/Unidades_files/apuntes_10-11.pdf