VERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SA [Universidad del Perú, Decana de América]
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
TRABAJO:Informe sobre Instrumentación CURSO:Lab. Operaciones y Procesos Unitarios PROFESOR:Ing. Manuel Godoy Martinez TURNO:Lunes 9 – 11 AM ALUMNOS:
CRUZ CHIPAYO, Flor LANDEO POMA, Erick ORDOÑEZ RONDAN, Nadia RAMOS BERNEDO, MayronROSARIO PACAHUALA, JorgeCHAVEZ SUASNABAR, J
I.-INTRODUCCION: Una de las ramas mas interesantes de la ingeniera es la del control automatico de procesos. Como su mismo nombre lo dice, el control automatico de procesos involucra equipos y softwares que nos permiten manejar de una forma mucho más precisa y rapida los datos, ingresados o adquiridos, involucrados en un determinado proceso a simular. En este laboratorio se trato de los PLC (controlador lógico programable) como uno de los controladores mas importantes, que además es utilizado en nuestro laboratorio en los diversos módulos con los que contamos (módulo de presión, módulo de caudal, módulo de temperatura, etc.) Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control. Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.
II.-OBJETIVOS:
Inspeccion visual de los modulos de presion, temperatura y recorrido Introduccion conceptual a lo que son los softwares SCADA y en especial el LABVIEW. Introduccion a la terminologia usada en el control de procesosl. Introduccion a los fundamentos de la automatización industrial en general. Complementar las lecciones teoricas.
III.- MARCO TEORICO PROCESO Un proceso es la serie de modificaciones o cambios que forman parte de un ‘fenómeno’. Los procesos funcionan de manera que cogen componentes en la entrada del mismo (materia prima), y tras una serie de transformaciones produce un elemento de salida, sin embargo mientras dura dicho proceso lo común es que se generen excedentes o sobras que no
terminaron
satisfactoriamente la transformación a los que denominamos subproductos. CONTROL El control es la verificación humana o automatizada sobre una determinada operación, y se encarga de evitar que cambien las condiciones del mismo. SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS Un sistema de control de procesos es aquel que regula el óptimo funcionamiento de un proceso, procurando estabilizarlo si hubieran factores que pudieran alterar su estado normal. Como todo sistema, lo conforman diversas etapas que se ejecutan organizada y secuencialmente, si una de ellas no se desarrolla correctamente, el sistema colapsa. Las tres funciones fundamentales de un sistema de control de procesos son: Adquisición de datos. Control. Presentación de la información. Su utilización es fundamental en las industrias (plantas, fábricas), pues el control permanente evitará la proliferación de defectos durante la elaboración de los productos. Cada una de las funciones mencionadas del sistema de control de procesos tiene un agente que se encarga de realizar dicha función, son los siguientes:
Controlador: Su intervención se refleja en el control mismo del sistema, lo regula, es decir, recibe los datos que el sensor le proporciona, procesa dicha información, la evalúa y de acuerdo a cómo este establecido el proceso toma la decisión de modificar o no cualquier condición de éste que no esté ejecutándose correctamente; como pueden ser: apertura de una válvula, vaciado de un tanque, etc. El más comercial de los controladores es el PLC (controlador lógico programable, por sus sigla en inglés) por ser de sencillo manejo. Sensor: Esta componente recolecta la información sobre lo que ocurre con una variable del proceso, información que envía inmediatamente al controlador por medio de un transmisor. El tipo de sensor utilizado depende de lo que realiza el proceso, pues recordemos que no todos realizan las mismas tareas. Con esto queremos decir que hay diversos tipos de sensores para las diferentes variables que se deseen medir, por ejemplo, tenemos: sensores de luz, sensores de humedad, etc. Actuador: El actuador tiene la misión de ejecutar las indicaciones que recepciona por parte del controlador. Esto implica un cambio en los valores de las variables de procesos registradas por el sensor.
TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS Control Manual: Se llevará a cabo si es que las funciones que se describieron para un sistema de control de procesos son realizadas por un operario; quien en este caso se convertiría en un elemento fundamental del proceso. Control automatizado: Cuando la adquisición de datos, el control y la presentación de datos al usuario se lleva a cabo por los agentes que mencionamos anteriormente, entonces estamos presenciando un control automatizado, en el cual el hombre tan sólo se limita a analizar la información para corroborar que el proceso sigue un buen curso. VARIABLES DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS Variable de proceso (VP): Es el valor de la data que registra directamente el sensor, refleja la situación del proceso en el momento de la medición. Variable de consigna o Set Point (SP): El set point es un parámetro ideal, es el valor que se requiere para un buen desarrollo del proceso. Es proporcionada al sistema de control por medio de un software SCADA. Variable de control (VC): Cuando el controlador compara los valores de la variable de proceso y set point; decidirá si es necesario realizar algún cambio en el proceso, por medio de la variable de control se transmite la orden que debe ejecutar el actuador.
SOFTWARE SCADA Es un programa que se encarga de realizar las funciones principales de un sistema de control de procesos. Su interacción con el usuario se da por medio de una interfaz hombre-máquina; por medio del cual la información es ingresada o presentada.
IV.- DESCRIPCION DE LA EXPERIENCIA Luego de las introducciones teoricas a la automatización industrial, softwares SCADA y demás temas, hemos visitados los 3 modulos de Sistemas de control de procesos: Modulo de Caudal, Modulo de Presion y Modulo de Temperatura.
1. Sistema de Control de Caudal 2. Sistema de Control de Temperatura 3. Sistema de Control de Presión A continuación presentaremos una descripción de cada uno de estos. 1.- Sistema de Control de Caudal: Los componentes de este modulo son: El controlador: El PLC (Controlador Lógico Programable) El actuador: Que sería la bomba centrífuga conjuntamente con la válvula solenoide o de control proporcional El controlador: Representado por el caudalímetro o flujómetro.
2.- Sistema de Control de Temperatura: Siendo la temperatura un elemento importante a medir debido a que en la industria procesos físicos tanto químicos como de otro tipo son realizables pero para determinados rangos de temperatura, gracias a esto esta variable se hace acreedora al equipamiento de un sistema de control.
El módulo básicamente esta compuesto de dos tanques concéntricos (con el propósito de aislar el sistema), termómetro, termóstato (que actúa como un sensor ya que envía la información necesaria al PLC), capullos, redes de tuberías, una bomba centrífuga, una resistencia, un sensor, válvulas de tipo bola, un PLC (controlador) y un supervisor controlador HMI. También cabe aclarar que para este sistema no es imprescindible contar con la presencia de la válvula de control proporcional, con el que si cuenta los sistemas de Presión y caudal.
3.- Sistema de Control de Presión: Siendo tan igual de importante que las variables caudal y temperatura en los procesos de tipo industrial, la presión es una variable de las más extremas, ya que va desde el vacío hasta puntos verdaderamente altos. El equipo está compuesto de básicamente 2 tanques, donde uno de ellos presenta un mayor tamaño ya que este sistema necesita de un mayor consumo de agua dicho tanque bombea agua al otro conocido como tanque de presurizado (que posee un émbolo). Presenta un manómetro, que para nuestro caso es el que actúa como sensor ya que es el que envía la información al PLC transformando las señales físicas en señales eléctricas, además posee un presostato que actúa como un dispositivo de seguridad que trabaja mediante pulsos eléctricos, que en caso de peligro detiene el proceso protegiendo a la válvula solenoidal. Este es el sistema que consume más energía
V.- ESQUEMAS Y DIAGRAMAS: TIPOS DE SISTEMAS CONTROL DE PROCESOS Como se menciono anteriormente en un sistema de control de procesos el sensor envía la información de la condición actual del proceso al controlador mediante sus acondicionadores de señales o transmisor, éste se encarga de revisar sí es que está en las condiciones deseadas, según sea resultado de esta revisión del controlador va a enviar una orden al actuador (el cual lo va a recibir mediante los controles del actuador) a fin de que modifique o mantenga la condición actual del proceso en estudio.
Figura 5.1: ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS
CONTROL MANUAL Un sistema de control de procesos tiene control manual cuando las funciones del actuador, el controlador, el sensor o cualquiera de ellos son realizadas por el operario, el cual pasa a ser parte importante en el proceso.
Figura 5.2.: CONTROL MANUAL
CONTROL AUTOMÁTICO O AUTOMATIZADO Un sistema de control de procesos tiene control automático o está automatizado cuando las tres funciones básicas son realizadas por los instrumentos respectivos y no por el ser humano; en este caso el operario se limita a verificar, analizar, entre otras funciones
ACTUADOR
SENSOR
Figura 5.3.: CONTROL AUTOMÁTICO
VI.- CUESTIONARIO: a. Defina 5 ejemplos en donde se aplique un sistema de control de procesos, identifique la etapa en donde se aplica así como los instrumentos. En realidad existen muchos tipos de procesos aplicativos en la industria de hoy entre los cuales destacan: 1.- Domotica (edificios inteligentes) y diseño de maquinas industriales Se aplica en:
Control de fugas en instalaciones hidráulicas
Lubricante de enfriamiento
Control de bombas y de circuitos de agua de enfriamiento o de calentamiento
Instrumentos: Bomba de paletas para transferir gasóleo Esta es una bomba que encuentra aplicaciones como primera instalación para el autoabastecimiento de máquinas destinadas al movimiento de tierras y a la agricultura, pero también en los surtidores móviles de carburante.
2.- Busqueda de yacimientos petroliferos
Se aplica en: Medición en producción con presión elevada
Medición de la cantidad de agua inyectada durante la extracción de petróleo
Instrumento: El Thermo: es el líder mundial en instrumentación para laboratorios. analíticos e instrumentación de procesos industriales, pues analiza, detecta, mide, y controla.
3.- Aire acondicionado Se aplica en:
Medición de acometida y desagüe para trabajos de conservación y mantenimiento
Control de bombas
Instrumentos: BOMBAS SUMERGIBLES: Son utilizadas en sistemas de aire acondicionado, aire lavado o evaporativo, cascadas, acueductos artísticos, drenaje de aguas pluviales, drenaje de embarcaciones y en aplicaciones industriales para el sistema de enfriamiento de las herramientas por medio del bombeo de fluido de corte.
4.- Industria alimentaria Se aplica en:
Medición de caudal sin contacto físico, totalmente higiénica
Esterilización con vapor
Optimización de procesos CIP o SIP
Instrumento: LMA300P:
Que es utilizado para la determinación de la humedad, por medio de la técnica de resonancia de microondas para un monitoreo total del proceso
5.- Industria aeroespacial Se aplica en: Medición de caudal durante el enjuague de líquidos hidráulicos Instrumentos:
Es utilizado en el ajuste óptico ALSCO para alinear el cargador de la máquina NC/CNC que pone en rotación las barras. Anteojo óptico con 6 aumentos y con retículo ajustable en dos ejes del aeroplano.
b. Aparte de LABVIEW mencione y describa dos softwares de programación SCADA. SCADA InTouch, de LOGITEK. Wonderware® InTouch®; es un generador de aplicaciones MMI destinadas a la automatización industrial, control de procesos y supervisión SYSMAC SCS, de Omron. Sysmac SCS es el nuevo SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition) que Omron ha diseñado en su centro de I+D en Europa para la integración de sus equipos en sistemas de control y monitorización. Creado bajo el nuevo concepto HMI (Human Machine Interface) cuyo precedente más inmediato es el MMI (Man Machine Interface), contribuirá al desarrollo de aplicaciones de automatización fáciles de manejar por el usuario ("easy to use"), flexibles en su implementación y de máxima optimización de la inversión. Sysmac SCS es una pieza importante de la nueva generación de software que Omron está haciendo llegar a sus clientes en todo el mundo.
c. ¿Por qué el tipo de bomba de laboratorio es llamada centrífuga? Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica
de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial
requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa). Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica
por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en pascales,
Pa, metros de columna de agua m.c.a. o o pie-lb/lb de líquido) es la
misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura). Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Las más comunes son las que están construidas bajo normativa DIN 24255 (en formas e hidráulica) con un único rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/h y alturas manométricas hasta los 100 metros con motores eléctricos de velocidad normalizada. Estas bombas se suelen montar horizontales, pero también pueden estar verticales y para alcanzar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. De esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se habla de bomba multifásica o multietapa, pudiéndose lograr de este modo alturas del orden de los 1200 metros para sistemas de alimentación de calderas. Constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas, porque es la más adecuada para mover más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo. No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y libre de impulsos de baja frecuencia. Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a velocidades en el orden de 60 m/s (200 pie/s).
Figura 6.1.: CORTE ESQUEMATICO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA
Figura 6.2.: PARTES DE UNA BOMBA CENTRIFUGA
Figura 6.2.: BOMBA CENTRIFUGA
d. Mencionar y describir brevemente cuatro tipos de bombas disponibles en el mercado (no incluir la bomba centrífuga). BOMBAS ROTATORIAS Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el liquido como en una bomba centrifuga, una bomba rota. toña lo atrapa, lo empuja contra la caja fija en forma muy similar a como lo hace el pistón de una bomba reciprocante. Pero, a diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio sólo. Pueden manejar casi cualquier liquido que esté libre de sólidos abrasivos. Incluso puede existir la presencia de sólidos duros en el liquido si una chaqueta de vapor alrededor de la caja de la bomba los puede mantener en condición fluida. 1.- Bombas de Engrane Interno. Este tipo tienen un rotor con dientes cortados internamente y que encajan en un
engrane
loco,
cortado
externamente.
Puede
usarse
una partición en forma de luna creciente para evitar que el líquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.
2.- Bombas Lobulares. Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor. Los rotores se Sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranes externos, Debido a que el líquido se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranes. Existen también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo.
3.- Bombas de Tornillo. Tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una caja fija. Existe un gran número de diseños apropiados para varias aplicaciones. Las bombas de un solo tomillo tienen un rotor en forma espiral que gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. El rotor es de metal y la hélice es generalmente de hule duro o blando, dependiendo del líquido que se maneje. Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engranes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos. Pueden usarse tornillos con roscas opuestas para eliminar el empuje axial en la bomba.
4.- Bombas de Aspas. Las bombas de. aspas oscilantes tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el rotor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la fuerza centrifuga cuando gira el rotor. El liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de la bomba. 5.- Bomba de junta universal Tiene un pequeño tramo de flecha en el extremo libre del rotor, soportado en una chumacera y a 80 grados con la horizontal. El extremo opuesto del rotor se encuentra unido al motor. Cuando el rotor gira, cuatro grupos de superficies planas se abren y cierran para producir una acción de bombeo o cuatro descargas por revolución.
e. Enumerar cinco ventajas del control automático sobre el control manual de procesos. 1.- La enorme facilidad con que podemos fijar los valores de las variables de proceso con respecto a su colocaron manual 2.- La desviación estandar de las variables de trabajo con respecto a los valores asignados es mucho menor en la forma automatica que en la manual 3.- El cambio de variables (sus valores) es mucho más facil 4.- Al usar ,tambien , una computadora para controlar los procesos automaticos, podemos usar otros softwares para el tratamiento de nuestros datos obtenidos. Por ejemplo el Excel. 5.- Por lo anteriormente mencionado podemos afirmar que los resultados obtenidos por control automatico son mucho mejores que los obtenidos de manera manual
VII.- DEL EJEMPLO DE LABVIEW MEJORAR LA PRESENTACIÓN Y ADEMÁS AGREGAR LA CONDICIÓN DE QUE LA SINTONÍA TAMBIÉN NO SE DÉ EN VALORES PERTENECIENTES AL RANGO 20 - 25
Ahora además que se dé la sintonía cuando el valor ingresado y el valor aleatorio de nuestro barómetro son iguales, debemos agregar la condición que la sintonía no se debe dar para valores entre 20 y 25.
Ahora para elaborar la lógica del programa usaremos los siguientes comandos de comparación: Para definir los intervalos mayores que 20 y menor que 25: Operador “y” para la lógica con los booleanos “>” y “<”: Operador ternario: Par a realizar la lógica del programa partimos de 2 variables y una tabla de lógica: Num1: Valor aleatorio del barómetro Num2: Valor ingresado. Los supuestos al analizar la variable Num1 se muestran en la tabla 7.1 TABLA 7.1 VALORES LÓGICOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DEL PROGRAMA. Num1 Menor que Se debe dar la prueba con Mayor que 20 25 Num2? V V V V F F F V F F F F Analizamos solo la variable Num1 ya que, si esta variable aleatoria pertenece al rango de 20 a 25 ya no es necesario realizar la prueba con Num2.
La prueba con Num2: Num1 = Num2 ? Entonces -> Sintonía (Se prenderá el Led).
Ahora procedemos a explicar el funcionamiento del programa: Primero obtenemos un valor aleatorio, el cual se multiplicará por 100 para obtener un número aleatorio entre 0 y 100. Para que este valor sea aleatorio sea entero se utiliza el comando “I32”. El valor así obtenido se muestra gracias al ícono creado con nombre “PRESION (PSI)”. Como se observa en el gráfico anterior, el valor obtenido en la primera parte será evaluado para el intervalo (20 - 25). Para esto se hace uso de los conectores lógicos “mayor que” y ”menor que”. Supongamos que ingresamos el valor de 12. Como este valor no se encuentra dentro del intervalo requerido devolverá como valores de verdad: “V” (es menor que 25) y “F” (no es mayor que 20) por lo que el valor de verdad del operador “Y” será “F” esto quiere decir que el valor no pertenece al intervalo y por tanto el operador ternario transmitirá el valor obtenido aleatoriamente para compararlo con el ingresado de tal manera que de sintonía si esto son iguales. Si el valor aleatorio fuera mayor que 25 generará el mismo proceso mencionado líneas arriba, ya que tampoco pertenecerá al rango. Si el valor ingresado fuera en esta ocasión: 22 o algún otro dentro del intervalo predefinido, al hacer la evaluación de” mayor que” y “menor que” en este caso ambos generarán el valor de verdad de “V” (véase tabla 7.1) con lo cual el operador ternario enviará para la comparación un valor negativo, para nuestro
caso: -3. Esto con el fin de que nunca se dé un caso de igualdad y por tanto se sigan generando números aleatorios. En síntesis el programa mandará señales si el número aleatorio coincide con el ingresado a la computadora, a menos que este se encuentre entre 20 y 25.
8.- CONCLUSIONES:
Una de las piezas mas importantes en todos los modulos de control automatico (presion, temperatura, caudal) es la valvula solenoide. Esta permite detener el proceso si los parámetros no son iguales a los valores ingresados.
En enorme medida, los softwares SCADA como el LABVIEW son indispensables para un entendimiento e implementación más adecuados de los sistemas de control industriales.
Los equipos involucrados en el control automatico de procesos son costosos y su manipulación debe hacerse con cuidado y con total conocimiento de sus usos y fines.
Las bondades del LABVIEW abarcan distintas áreas del conocimiento como en la electromedicina asimismo encontramos aplicaciones en el control del funcionamiento de motores, etc.
EL LABVIEW es, hoy por hoy, el software SCADA más accesible y util para el aprendizaje de la implementacion de sistemas de control automatico.
9.- RECOMENDACIONES: Grupos pequeños ,menores a 5 personas, son los más adecuados para revisar los modulos de control automatico. Un numero mayor de personas dificultaria la adecuada inspeccion de los equipos Familiarizarse con el uso de los modulos; estudiar manuales o coordinar otra visita a los equipos. Cuando se inicien las sesiones de funcionamiento, llevar datos previos para hacer una comparación con los datos que podemos obtener en clases. No olvidar de tomar fotografias o conseguir imágenes detalladas de los 3 modulos de control automatico para poder incluirlos en el informe.
Concentrarse totalmente en las explicaiones sobre los equipos.
10.- BIBLIOGRAFIA: http://www.mty.itesm.mx/dia/deptos/dma/recursosD.htm http://www.uco.es/grupos/eatco/automatica/ihm/descargar/scada.pdf Stephan D. Murphy "In-Process Measurement and Control" Marcel Dekker, 1995 Robert H. Perry, Don W. Green, James O. Mahoney "Perry Manual del Ingeniero Químico." McGraw-Hill (México) 1993 http://bieec.epn.edu.ec:8180/dspace/bitstream/123456789/1024/4/T1 0813CAP4.pdf http://www.hidrostal-peru.com/contenidos/pimportados.php//
