prácticas instrumentación industrial

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

LABORATORIO LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL ING. ANTONIO RODRÍGUEZ

NADIA SELENE ARROYO RIVERA

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ÍNDICE PRÁCTICA 1………………………………………………………………………………..3 PRÁCTICA 2……………………………………………………………………………....9 PRÁCTICA 3………………………………………………………………………………15 PRÁCTICA 4………………………………………………………………………………21 PRÁCTICA 5………………………………………………………………………………30 PRÁCTICA 6………………………………………………………………………………35 PRÁCTICA 7………………………………………………………………………………43 PRÁCTICA 8………………………………………………………………………………46 PRÁCTICA 9………………………………………………………………………………50

ÍNDICE PRÁCTICA 1………………………………………………………………………………..3 PRÁCTICA 2……………………………………………………………………………....9 PRÁCTICA 3………………………………………………………………………………15 PRÁCTICA 4………………………………………………………………………………21 PRÁCTICA 5………………………………………………………………………………30 PRÁCTICA 6………………………………………………………………………………35 PRÁCTICA 7………………………………………………………………………………43 PRÁCTICA 8………………………………………………………………………………46 PRÁCTICA 9………………………………………………………………………………50

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN


LABORATORIO LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL ING. ANTONIO RODRÍGUEZ


PRÁCTICA 1

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ESTACIONES DE PROCESOS

Los entr Los entrena enado dores res port portát átile iless de inst instru rumen menta taci ción ón y co cont ntro roll de proc proces esos os fabricados por Lab-Volt son estaciones de trabajo autónomas diseñadas para la capacitación práctica de las medidas, del control y reparaciones de Presión, Flujo, Nivel y Temperatura. Lass esta La estaci cion ones es pued pueden en func funcio iona narr inde indepe pend ndie ient ntem emen ente te o en cier cierta tass combinaciones de configuración simulando procesos complejos. Todos los procesos están diseñados para que el tiempo de retardo y de respuesta del proceso se observen en “tiempo real”. La dinámica de los procesos se puede cambiar por varios métodos para conseguir diferentes grados de estabilidad, inestabilidad y amortiguación. Las estaciones de Flujo, Nivel, Intercambiador de Calor y Analíticas utilizan agua como medio de proceso, mientras que las estaciones de Presión y Temperatura usan aire. Entrenador de Procesos de Presión, Modelo 3501-MO

Esta estación tiene un “proceso” que incluye dos tanques de aire, cada uno con co n ca capac pacida idad d de dos dos galo galone nes, s, que que se pued pueden en co conec necta tarr co con n co cord rdon ones es individualmente, en serie o el paralelo. Cuando se utiliza cualquiera de los dos tanques individualment individualmente, e, se obtiene obtiene un proceso de una sola capacidad con un solo volumen y un retraso de respuesta mínima. Conectando dos tanques en paralelo se obtiene un proceso proceso de una capacidad, con volumen doble; cuando se conectan los tanques en serie, el proceso tiene capacidad doble; ambos tienen un retraso de respuesta con efecto recíproco. La carga del proceso comprende un equipo completo de tubo de escape con silenciador. silenciador. Válvulas Válvulas de aguja en las conexiones conexiones del tanque y en el tubo de escape escape permiten permiten introducir perturbacion perturbaciones es en la demanda y el suministro suministro y permiten variar el grado de restricciones en todas las configuraciones de circui circuitos tos cerrad cerrados, os, propor proporcio cionan nando do velocid velocidades ades y respue respuesta stass de proces proceso o diversas. Un transformador I/P, un transmisor de presión electrónico y una válvula accionada por un diafragma tienen todos líneas de suministro y de señal con terminaciones con enchufes de conexión rápida en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocedor, un registrador gráfico en banda de papel, indicadores de presión de 0-100 psi, un medidor de corriente de 0-5 SCFM, un conjunto de orificios y dos indicadores de alarmas están montados en el panel principal. Al añadir el transmisor de presión diferencial a la estación 3501, prestada de la estación 3502 o de la 3503, la medida y el control de la circulación de aire aire son son posi posibl bles es,, lo que que prop propor orci cion ona a circ circuit uitos os de co cont ntro roll inter interac acti tivo voss avanzados tales Como el control de la proporción de circulación de aire en la estación 3501 y la circulación de “combustibles” en la estación 3502. Entrenador de Procesos de Flujo, Modelo 3502-MO

Esta estación tiene un proceso de tuberías de pvc transparente en serie con dos cabezales, un medidor de flujo y un depósito de agua de 20 galones. El cabezal de 12 pulgadas acepta equipo opcional intercambiable para la medida de flujo, tales como placas de orificio, boquillas, tubos Pitot, medidores de flujo de turbina y otros instrumentos para medir el flujo o transmisores. Este cabezal grande permite la medición de la presión diferencial de equipos que sean específicos al cliente, tal como una serie de codos de 90 grados o una tubería de ensanchamiento súbito. A lo largo del sistema de tuberías se encuentran tomas de presión para evaluar plenamente el comportamiento del sistema en su totalidad. El último elemento de control de este sistema es un accionador de bomba con frecuencia variable. Un conmutador de palanca coloca el mecanismo en control manual o en una señal de comando de 4-20 mA. Un distribuidor de tres válvulas aísla el sensor de flujo en el cabezal de 12 pulgadas del transmisor de presión diferencial montado en la tubería, con las conexiones de suministro y señal terminando en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocesador y un registrador gráfico en banda de papel están montados en el panel principal, con todas las conexiones terminando en enchufes tipo banana. Acopladores de unión hacen posible enlazar directamente la Estación de Procesos de Flujo con la Estación de Procesos de Nivel, creando así un control de flujo que utiliza una válvula de control accionada por un diafragma como elemento de control, o un control de nivel utilizando el mecanismo de bomba con frecuencia variable. El mecanismo de velocidad variable también se puede conectar con la salida de la columna de nivel del 3503 para crear una gama adicional de velocidades y características de proceso.

Al acoplar las dos estaciones se obtienen los dos transmisores diferenciales necesarios para configurar otros circuitos de control interactivos avanzados, como el control anticipado o es cascada. Un elemento venturi montado en el cabezal de 12 pulgadas está incluido con la estación. Lab-volt ofrece una variedad de elementos de flujo opcionales para usar con este entrenador. Estos elementos son tubos Pitot, placas de orificios y tomas de flujo ISA que se pueden montar en los cabezales de 12 pulgadas. Entrenador de Procesos de Nivel, Modelo 3503-MO

El “proceso” de esta estación es un cilindro de Plexiglass de 8 pulgadas de diámetro y de 36 pulgadas de alto. Toda la tubería de proceso es de pvc transparente. Una válvula de control accionada por un diafragma, un transmisor diferencial montados en la tubería y un transformador I/P montado en el costado del gabinete tienen todos líneas de suministro y de señal con terminaciones de enchufes de conexión rápida en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocesador, un registrador gráfico en banda de papel y dos indicadores de alarma están montados en el panel. El lado del casco del intercambiador de calor se puede conectar de cuatro maneras diferentes: •

• •

A una cañería matriz de agua fría y desagües para cargar cuando la estación se usa sola para las medidas básicas y el control de la temperatura. La estación de nivel 3503- MO como un sistema para calentar agua (o como un medio de enfriamiento para el proceso de temperatura) La estación de flujo 3502-MO como un sistema para calentar agua ( o como un medio de enfriamiento para el proceso de temperatura).

•

A una combinación de las Estaciones de Presión, Flujo y Nivel, donde la combinación puede representar un generador de vapor con nivel de tambor de caldera en la Estación de Nivel, y agua de alimentación de la caldera de la Estación de Intercambiador de Calor, con la Estación de Flujo (a) proporcionando el regreso del condensador a través del casco del Intercambiador de Calor como un calentador de agua de alimentación, o (b) preparada como un sistema de inyección de agua de alimentación de urgencia. Finalmente, la Estación de Presión pudiera configurarse como un circuito cerrado de baja presión para simular la presión de vapor en la columna de nivel (tambor de caldera).

La instrumentación de procesos incluye un medidor de flujo en serie con la línea de proceso principal, una corriente de presión (I/P) convertidor, así como D/P transmisor con pantalla LCD, la configuración de los botones, y digital plataforma de comunicación proporcionando 4-20 mA y / o digitales señales de salida. El I / P y el convertidor D / transmisor P se montan en el lado de la estación y tiene su aire la oferta y la señal de conexiones terminado por conectores fáciles y accesorios en el panel de control principal. Dos de 30 cm (12 pulgadas) de largo encabezados para permitir la inserción de fluido dispositivos tanto en la entrada y salida de la columna de nivel. Las tomas de presión se prestan a diversas puntos a lo largo del proceso de las tuberías para permitir la medición de las caídas de presión y la evaluación de todo el sistema rendimiento. PID de control del nivel del agua en la columna de nivel puede se logrará mediante la estrangulación del flujo de salida de la bomba con la neumático de flujo Válvula de control, con un 4-20 mA.Una válvula solenoide conectada aguas abajo de la columna se puede activar a través de un botón en el panel frontal, o remotamente usando un paño seco contacto, a fin de crear cambios bruscos en el proceso carga. Además, la columna de nivel se puede pasar por alto para crear un bucle de control de flujo rápido. los sindicatos de acoplamiento permiten el nivel de proceso a la estación directamente junto a la estación de flujo de procesos, Modelo 3502. Esto permite el control del nivel en el Nivel Proceso de la estación, utilizando la variable de la bomba de frecuencia de CA unidad de la Estación de Flujo de Proceso.

Entrenador de Procesos de Temperatura, modelo 3504-MO

El “proceso” de la estación de Procesos de Temperatura de Lab-Volt comprende un horno de 20-200 grados Celsius (70-400 grados Fahrenheit) operado manualmente como un proceso de encendido-apagado utilizando un relé de 24 V DC, o controlado proporcionalmente por un accionador Triac con una entrada de 4-20 mA. El horno está modificado con un inyector de aire de enfriamiento y un registro ajustable para poder introducir perturbaciones de carga y de proceso. El control de la temperatura del horno se puede lograr de forma manual mediante el ajuste del termostato y la observación la temperatura del horno en el termómetro (control on-off), o de forma remota (PID), variando la cantidad de energía eléctrica alimentación eléctrica por un conductor triac al elemento de calefacción del horno, utilizando una señal de 4-20 mA. El aire de refrigeración inyector establece un flujo de aire en el horno, con lo que la creación de una carga de refrigeración en el proceso. La presión de aire aplicado a este inyector puede ser variada, con una presión regulador y una válvula de aguja, con el fin de cambiar la proceso de carga. El

amortiguador del horno puede ser utilizado para el cambio la carga de proceso y crear disturbios.



LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL ING. ANTONIO RODRÍGUEZ


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PRÁCTICA 1


Los entrenadores portátiles de instrumentación y control de procesos fabricados por Lab-Volt son estaciones de trabajo autónomas diseñadas para la capacitación práctica de las medidas, del control y reparaciones de Presión, Flujo, Nivel y Temperatura. Las estaciones pueden funcionar independientemente o en ciertas combinaciones de configuración simulando procesos complejos. Todos los procesos están diseñados para que el tiempo de retardo y de respuesta del proceso se observen en “tiempo real”. La dinámica de los procesos se puede cambiar por varios métodos para conseguir diferentes grados de estabilidad, inestabilidad y amortiguación. Las estaciones de Flujo, Nivel, Intercambiador de Calor y Analíticas utilizan agua como medio de proceso, mientras que las estaciones de Presión y Temperatura usan aire. Entrenador de Procesos de Presión, Modelo 3501-MO

Esta estación tiene un “proceso” que incluye dos tanques de aire, cada uno con capacidad de dos galones, que se pueden conectar con cordones individualmente, en serie o el paralelo. Cuando se utiliza cualquiera de los dos tanques individualmente, se obtiene un proceso de una sola capacidad con un solo volumen y un retraso de respuesta mínima. Conectando dos tanques en paralelo se obtiene un proceso de una capacidad, con volumen

doble; cuando se conectan los tanques en serie, el proceso tiene capacidad doble; ambos tienen un retraso de respuesta con efecto recíproco. La carga del proceso comprende un equipo completo de tubo de escape con silenciador. Válvulas de aguja en las conexiones del tanque y en el tubo de escape permiten introducir perturbaciones en la demanda y el suministro y permiten variar el grado de restricciones en todas las configuraciones de circuitos cerrados, proporcionando velocidades y respuestas de proceso diversas. Un transformador I/P, un transmisor de presión electrónico y una válvula accionada por un diafragma tienen todos líneas de suministro y de señal con terminaciones con enchufes de conexión rápida en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocedor, un registrador gráfico en banda de papel, indicadores de presión de 0-100 psi, un medidor de corriente de 0-5 SCFM, un conjunto de orificios y dos indicadores de alarmas están montados en el panel principal. Al añadir el transmisor de presión diferencial a la estación 3501, prestada de la estación 3502 o de la 3503, la medida y el control de la circulación de aire son posibles, lo que proporciona circuitos de control interactivos avanzados tales Como el control de la proporción de circulación de aire en la estación 3501 y la circulación de “combustibles” en la estación 3502. Entrenador de Procesos de Flujo, Modelo 3502-MO

Esta estación tiene un proceso de tuberías de pvc transparente en serie con dos cabezales, un medidor de flujo y un depósito de agua de 20 galones. El cabezal de 12 pulgadas acepta equipo opcional intercambiable para la medida de flujo, tales como placas de orificio, boquillas, tubos Pitot,

medidores de flujo de turbina y otros instrumentos para medir el flujo o transmisores. Este cabezal grande permite la medición de la presión diferencial de equipos que sean específicos al cliente, tal como una serie de codos de 90 grados o una tubería de ensanchamiento súbito. A lo largo del sistema de tuberías se encuentran tomas de presión para evaluar plenamente el comportamiento del sistema en su totalidad. El último elemento de control de este sistema es un accionador de bomba con frecuencia variable. Un conmutador de palanca coloca el mecanismo en control manual o en una señal de comando de 4-20 mA. Un distribuidor de tres válvulas aísla el sensor de flujo en el cabezal de 12 pulgadas del transmisor de presión diferencial montado en la tubería, con las conexiones de suministro y señal terminando en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocesador y un registrador gráfico en banda de papel están montados en el panel principal, con todas las conexiones terminando en enchufes tipo banana. Acopladores de unión hacen posible enlazar directamente la Estación de Procesos de Flujo con la Estación de Procesos de Nivel, creando así un control de flujo que utiliza una válvula de control accionada por un diafragma como elemento de control, o un control de nivel utilizando el mecanismo de bomba con frecuencia variable. El mecanismo de velocidad variable también se puede conectar con la salida de la columna de nivel del 3503 para crear una gama adicional de velocidades y características de proceso. Al acoplar las dos estaciones se obtienen los dos transmisores diferenciales necesarios para configurar otros circuitos de control interactivos avanzados, como el control anticipado o es cascada. Un elemento venturi montado en el cabezal de 12 pulgadas está incluido con la estación. Lab-volt ofrece una variedad de elementos de flujo opcionales para usar con este entrenador. Estos elementos son tubos Pitot, placas de orificios y tomas de flujo ISA que se pueden montar en los cabezales de 12 pulgadas. Entrenador de Procesos de Nivel, Modelo 3503-MO

El “proceso” de esta estación es un cilindro de Plexiglass de 8 pulgadas de diámetro y de 36 pulgadas de alto. Toda la tubería de proceso es de pvc transparente. Una válvula de control accionada por un diafragma, un transmisor diferencial montados en la tubería y un transformador I/P montado en el costado del gabinete tienen todos líneas de suministro y de señal con terminaciones de enchufes de conexión rápida en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocesador, un registrador gráfico en banda de papel y dos indicadores de alarma están montados en el panel. El lado del casco del intercambiador de calor se puede conectar de cuatro maneras diferentes: •

• • •

A una cañería matriz de agua fría y desagües para cargar cuando la estación se usa sola para las medidas básicas y el control de la temperatura. La estación de nivel 3503- MO como un sistema para calentar agua (o como un medio de enfriamiento para el proceso de temperatura) La estación de flujo 3502-MO como un sistema para calentar agua ( o como un medio de enfriamiento para el proceso de temperatura). A una combinación de las Estaciones de Presión, Flujo y Nivel, donde la combinación puede representar un generador de vapor con nivel de tambor de caldera en la Estación de Nivel, y agua de alimentación de la caldera de la Estación de Intercambiador de Calor, con la Estación de Flujo (a) proporcionando el regreso del condensador a través del casco del Intercambiador de Calor como un calentador de agua de alimentación, o (b) preparada como un sistema de inyección de agua de alimentación de urgencia. Finalmente, la Estación de Presión pudiera configurarse como un circuito cerrado de baja presión

para simular la presión de vapor en la columna de nivel (tambor de caldera). La instrumentación de procesos incluye un medidor de flujo en serie con la línea de proceso principal, una corriente de presión (I/P) convertidor, así como D/P transmisor con pantalla LCD, la configuración de los botones, y digital plataforma de comunicación proporcionando 4-20 mA y / o digitales señales de salida. El I / P y el convertidor D / transmisor P se montan en el lado de la estación y tiene su aire la oferta y la señal de conexiones terminado por conectores fáciles y accesorios en el panel de control principal. Dos de 30 cm (12 pulgadas) de largo encabezados para permitir la inserción de fluido dispositivos tanto en la entrada y salida de la columna de nivel. Las tomas de presión se prestan a diversas puntos a lo largo del proceso de las tuberías para permitir la medición de las caídas de presión y la evaluación de todo el sistema rendimiento. PID de control del nivel del agua en la columna de nivel puede se logrará mediante la estrangulación del flujo de salida de la bomba con la neumático de flujo Válvula de control, con un 4-20 mA.Una válvula solenoide conectada aguas abajo de la columna se puede activar a través de un botón en el panel frontal, o remotamente usando un paño seco contacto, a fin de crear cambios bruscos en el proceso carga. Además, la columna de nivel se puede pasar por alto para crear un bucle de control de flujo rápido. los sindicatos de acoplamiento permiten el nivel de proceso a la estación directamente junto a la estación de flujo de procesos, Modelo 3502. Esto permite el control del nivel en el Nivel Proceso de la estación, utilizando la variable de la bomba de frecuencia de CA unidad de la Estación de Flujo de Proceso.


El “proceso” de la estación de Procesos de Temperatura de Lab-Volt comprende un horno de 20-200 grados Celsius (70-400 grados Fahrenheit) operado manualmente como un proceso de encendido-apagado utilizando un relé de 24 V DC, o controlado proporcionalmente por un accionador Triac con una entrada de 4-20 mA. El horno está modificado con un inyector de aire de enfriamiento y un registro ajustable para poder introducir perturbaciones de carga y de proceso. El control de la temperatura del horno se puede lograr de forma manual mediante el ajuste del termostato y la observación la temperatura del horno en el termómetro (control on-off), o de forma remota (PID), variando la cantidad de energía eléctrica alimentación eléctrica por un conductor triac al elemento de calefacción del horno, utilizando una señal de 4-20 mA. El aire de refrigeración inyector establece un flujo de aire en el horno, con lo que la creación de una carga de refrigeración en el proceso. La presión de aire aplicado a este inyector puede ser variada, con una presión regulador y una válvula de aguja, con el fin de cambiar la proceso de carga. El amortiguador del horno puede ser utilizado para el cambio la carga de proceso y crear disturbios.





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PRÁCTICA 1


Los entrenadores portátiles de instrumentación y control de procesos fabricados por Lab-Volt son estaciones de trabajo autónomas diseñadas para la capacitación práctica de las medidas, del control y reparaciones de Presión, Flujo, Nivel y Temperatura. Las estaciones pueden funcionar independientemente o en ciertas combinaciones de configuración simulando procesos complejos. Todos los procesos están diseñados para que el tiempo de retardo y de respuesta del proceso se observen en “tiempo real”. La dinámica de los procesos se puede cambiar por varios métodos para conseguir diferentes grados de estabilidad, inestabilidad y amortiguación. Las estaciones de Flujo, Nivel, Intercambiador de Calor y Analíticas utilizan agua como medio de proceso, mientras que las estaciones de Presión y Temperatura usan aire. Entrenador de Procesos de Presión, Modelo 3501-MO

Esta estación tiene un “proceso” que incluye dos tanques de aire, cada uno con capacidad de dos galones, que se pueden conectar con cordones individualmente, en serie o el paralelo. Cuando se utiliza cualquiera de los dos tanques individualmente, se obtiene un proceso de una sola capacidad con un solo volumen y un retraso de respuesta mínima. Conectando dos tanques en paralelo se obtiene un proceso de una capacidad, con volumen doble; cuando se conectan los tanques en serie, el proceso tiene capacidad doble; ambos tienen un retraso de respuesta con efecto recíproco. La carga del proceso comprende un equipo completo de tubo de escape con silenciador. Válvulas de aguja en las conexiones del tanque y en el tubo de escape permiten introducir perturbaciones en la demanda y el suministro y permiten variar el grado de restricciones en todas las configuraciones de circuitos cerrados, proporcionando velocidades y respuestas de proceso diversas. Un transformador I/P, un transmisor de presión electrónico y una

válvula accionada por un diafragma tienen todos líneas de suministro y de señal con terminaciones con enchufes de conexión rápida en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocedor, un registrador gráfico en banda de papel, indicadores de presión de 0-100 psi, un medidor de corriente de 0-5 SCFM, un conjunto de orificios y dos indicadores de alarmas están montados en el panel principal. Al añadir el transmisor de presión diferencial a la estación 3501, prestada de la estación 3502 o de la 3503, la medida y el control de la circulación de aire son posibles, lo que proporciona circuitos de control interactivos avanzados tales Como el control de la proporción de circulación de aire en la estación 3501 y la circulación de “combustibles” en la estación 3502. Entrenador de Procesos de Flujo, Modelo 3502-MO

Esta estación tiene un proceso de tuberías de pvc transparente en serie con dos cabezales, un medidor de flujo y un depósito de agua de 20 galones. El cabezal de 12 pulgadas acepta equipo opcional intercambiable para la medida de flujo, tales como placas de orificio, boquillas, tubos Pitot, medidores de flujo de turbina y otros instrumentos para medir el flujo o transmisores. Este cabezal grande permite la medición de la presión diferencial de equipos que sean específicos al cliente, tal como una serie de codos de 90 grados o una tubería de ensanchamiento súbito. A lo largo del sistema de tuberías se encuentran tomas de presión para evaluar plenamente el comportamiento del sistema en su totalidad. El último elemento de control de este sistema es un accionador de bomba con frecuencia variable. Un conmutador de palanca coloca el mecanismo en

control manual o en una señal de comando de 4-20 mA. Un distribuidor de tres válvulas aísla el sensor de flujo en el cabezal de 12 pulgadas del transmisor de presión diferencial montado en la tubería, con las conexiones de suministro y señal terminando en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocesador y un registrador gráfico en banda de papel están montados en el panel principal, con todas las conexiones terminando en enchufes tipo banana. Acopladores de unión hacen posible enlazar directamente la Estación de Procesos de Flujo con la Estación de Procesos de Nivel, creando así un control de flujo que utiliza una válvula de control accionada por un diafragma como elemento de control, o un control de nivel utilizando el mecanismo de bomba con frecuencia variable. El mecanismo de velocidad variable también se puede conectar con la salida de la columna de nivel del 3503 para crear una gama adicional de velocidades y características de proceso. Al acoplar las dos estaciones se obtienen los dos transmisores diferenciales necesarios para configurar otros circuitos de control interactivos avanzados, como el control anticipado o es cascada. Un elemento venturi montado en el cabezal de 12 pulgadas está incluido con la estación. Lab-volt ofrece una variedad de elementos de flujo opcionales para usar con este entrenador. Estos elementos son tubos Pitot, placas de orificios y tomas de flujo ISA que se pueden montar en los cabezales de 12 pulgadas. Entrenador de Procesos de Nivel, Modelo 3503-MO

El “proceso” de esta estación es un cilindro de Plexiglass de 8 pulgadas de diámetro y de 36 pulgadas de alto. Toda la tubería de proceso es de pvc transparente. Una válvula de control accionada por un diafragma, un transmisor diferencial montados en la tubería y un transformador I/P montado en el costado del gabinete tienen todos líneas de suministro y de

señal con terminaciones de enchufes de conexión rápida en el panel de control principal. El controlador basado en un microprocesador, un registrador gráfico en banda de papel y dos indicadores de alarma están montados en el panel. El lado del casco del intercambiador de calor se puede conectar de cuatro maneras diferentes: •

• • •

A una cañería matriz de agua fría y desagües para cargar cuando la estación se usa sola para las medidas básicas y el control de la temperatura. La estación de nivel 3503- MO como un sistema para calentar agua (o como un medio de enfriamiento para el proceso de temperatura) La estación de flujo 3502-MO como un sistema para calentar agua ( o como un medio de enfriamiento para el proceso de temperatura). A una combinación de las Estaciones de Presión, Flujo y Nivel, donde la combinación puede representar un generador de vapor con nivel de tambor de caldera en la Estación de Nivel, y agua de alimentación de la caldera de la Estación de Intercambiador de Calor, con la Estación de Flujo (a) proporcionando el regreso del condensador a través del casco del Intercambiador de Calor como un calentador de agua de alimentación, o (b) preparada como un sistema de inyección de agua de alimentación de urgencia. Finalmente, la Estación de Presión pudiera configurarse como un circuito cerrado de baja presión para simular la presión de vapor en la columna de nivel (tambor de caldera).

La instrumentación de procesos incluye un medidor de flujo en serie con la línea de proceso principal, una corriente de presión (I/P) convertidor, así como D/P transmisor con pantalla LCD, la configuración de los botones, y digital plataforma de comunicación proporcionando 4-20 mA y / o digitales señales de salida. El I / P y el convertidor D / transmisor P se montan en el lado de la estación y tiene su aire la oferta y la señal de conexiones terminado por conectores fáciles y accesorios en el panel de control principal. Dos de 30 cm (12 pulgadas) de largo encabezados para permitir la inserción de fluido dispositivos tanto en la entrada y salida de la columna de nivel. Las tomas de presión se prestan a diversas puntos a lo largo del proceso de las tuberías para permitir la medición de las caídas de presión y la evaluación de todo el sistema rendimiento. PID de control del nivel del agua en la columna de nivel puede se logrará mediante la estrangulación del flujo de salida de la bomba con la neumático de flujo Válvula de control, con un 4-20 mA.Una válvula solenoide conectada aguas abajo de la columna se puede activar a través de un botón en el panel frontal, o remotamente usando un paño seco contacto, a fin de crear cambios bruscos en el proceso carga. Además, la columna de nivel se puede pasar por alto para crear un bucle de control de flujo rápido. los sindicatos de acoplamiento permiten el nivel de proceso a la estación directamente junto a la estación de flujo de procesos, Modelo 3502. Esto permite el control del nivel en el Nivel Proceso de la estación, utilizando la variable de la bomba de frecuencia de CA unidad de la Estación de Flujo de Proceso.


El “proceso” de la estación de Procesos de Temperatura de Lab-Volt comprende un horno de 20-200 grados Celsius (70-400 grados Fahrenheit) operado manualmente como un proceso de encendido-apagado utilizando un relé de 24 V DC, o controlado proporcionalmente por un accionador Triac con una entrada de 4-20 mA. El horno está modificado con un inyector de

aire de enfriamiento y un registro ajustable para poder introducir perturbaciones de carga y de proceso. El control de la temperatura del horno se puede lograr de forma manual mediante el ajuste del termostato y la observación la temperatura del horno en el termómetro (control on-off), o de forma remota (PID), variando la cantidad de energía eléctrica alimentación eléctrica por un conductor triac al elemento de calefacción del horno, utilizando una señal de 4-20 mA. El aire de refrigeración inyector establece un flujo de aire en el horno, con lo que la creación de una carga de refrigeración en el proceso. La presión de aire aplicado a este inyector puede ser variada, con una presión regulador y una válvula de aguja, con el fin de cambiar la proceso de carga. El amortiguador del horno puede ser utilizado para el cambio la carga de proceso y crear disturbios.





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PRÁCTICA 4

NIVEL

Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se hace necesario cuando se pretende tener una producción continua, cuando se desea mantener una presión hidrostática, cuando un proceso requiere de control y medición de volúmenes de líquidos ó; bien en el caso más simple, para evitar que un líquido se derrame, la medición de nivel de líquidos, dentro de un recipiente parece sencilla, pero puede convertirse en un problema más ó menos difícil, sobre todo cuando el material es corrosivo ó abrasivo, cuando se mantiene a altas presiones, cuando es radioactivo ó cuando se encuentra en un recipiente sellado en el que no conviene tener partes móviles ó cuando es prácticamente imposible mantenerlas, el control de nivel entre dos puntos, uno alto y otro bajo, es una de las aplicaciones más comunes de los instrumentos para controlar y medir el nivel, los niveles se pueden medir y mantener mediante dispositivos mecánicos de caída de presión, eléctricos y electrónicos. Los instrumentos mecánicos de medición y control de niveles ó cargas hidrostáticas, incluyen dispositivos visuales e indicadores, el dispositivo más simple para medir niveles es una varilla graduada, que se pueda insertar en un recipiente, la profundidad real del material se mide por la parte mojada de la varilla, este método es muy utilizado para medir el nivel en los tanques de una gasolinera, este método es simple pero efectivo, no es muy práctico, sobre todo si el material es tóxico ó corrosivo, ya que el individuo que lo aplica tiene que estar de pie sobre la abertura manejando la varilla con las manos. En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la consideración del balance adecuado de materias primas o de productos finales. Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de líquidos y de sólidos que son dos mediciones claramente diferenciadas por sus distintas peculiaridades y las aplicaciones particulares de las que son objeto.

La utilización de instrumentos electrónicos con microprocesador en la medida de otras variables, tales como la presión y la temperatura, permite añadir “inteligencia” en la medida de nivel, y obtener precisiones de lectura altas, del orden de ± 0.2 %, en el inventario de materias primas o finales o en transformación en los tanques de los procesos. El transductor de nivel “inteligente”(Evaluación experimental de un esquema de regulación del nivel de un tanque basado en redes neuronales ), hace posible la interpretación del nivel real elimina o compensa la influencia de la espuma en flotación del tanque en la lectura, la eliminación de falsas alarmas, tanques con olas en la superficie debido al agitador de paletas en movimiento, y la fácil calibración del aparato en cualquier punto de la línea de transmisión. El transmisor o varios transmisores pueden conectarse a través de una conexión RS-232, a una computadora personal, que con el software adecuado, es capaz de configurar transmisiones inteligentes. Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de líquidos y de sólidos, que son dos mediciones claramente diferenciadas y que se estudiaran separadamente por sus peculiaridades y las aplicaciones particulares de que son objeto.

Método de Columna de Vidrio Existe otro método de medición de niveles que es muy sencillo, denominado "Método de Columna de Vidrio", este método se usa para depósitos abiertos y cerrados, normalmente la mirilla es de vidrio y mide el nivel de líquidos en forma visual aún con fluctuaciones, existe un operador que controla el nivel del líquido dentro de los limites escogidos según la aplicación, un deposito alto y angosto permite realizar mediciones más exactas con respecto al volumen de los depósitos más bajos y anchos.

Recipiente Abierto

Recipiente Cerrado El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están al tanque generalmente mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una purga. El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta de 7 kg/cm 2. A presiones más elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y esta protegida por una armadura metálica. La lectura del nivel se efectúa con un cristal a reflexión o bien por transparencia. En el primer caso, el vidrio en contacto con el líquido esta provisto de ranuras longitudinales que actúan como prismas de reflexión indicando la zona del liquido con un color oscuro casi negro y la zona superior en contacto con el vapor de color claro. En la lectura por transparencia empleada para apreciar el color, características las interfaces del líquido, éste está contenido entre dos placas de vidrio planas y paralelas que permiten ver directamente el nivel, mejorándose la apreciación visual al acoplar una lámpara de iluminación al sistema. Para mayor seguridad, las válvulas de cierre incorporan una pequeña bola que actúa de retención en caso de rotura del vidrio. Los niveles de vidrio son susceptibles de ensuciarse por las características del líquido que miden, impidiendo que el nivel pueda apreciarse claramente. Entre los líquidos que presentan este inconveniente figuran el caramelo y los líquidos pegajosos. El nivel de vidrio permite sólo una indicación local, si bien pueden emplearse espejos para lectura a distancias limitadas o bien utilizar cámaras de televisión para mayores distancias de transmisión. Su ventaja principal es la gran seguridad que ofrece en la lectura del nivel del líquido pudiendo controlar con ellos la lectura de los otros tipos de aparatos de nivel

LOS FLOTADORES EN LA MEDICIÓN DE NIVEL Cuando se necesita una indicación ó un registro de la medición se usan métodos que tengan flotador y cinta, en depósitos cerrados al vacío ó bajo presión, que se deben tener sellados, se usan flotadores con brazo de torsión, flotadores de jaula y flotadores magnéticos, acoplados a dispositivos hidráulicos, el flotador se debe construir de tal forma que flote dentro del líquido a medir, esto significa que la densidad del flotador debe ser menor a la del líquido que lo sostiene. Medición con Flotador y Palanca Este método de medición utiliza un cuerpo hueco ( flotador ) el cual flota sobre la superficie del líquido variando su posición de acuerdo a los cambios de nivel, el flotador actúa sobre un indicador por medio de palancas, su rango esta limitado por la dimensión del brazo de las palancas. Medición con Flotador y Cinta En este caso el flotador actúa al mecanismo indicador por medio de una cinta que se enrolla sobre un carrete cilíndrico, un contrapeso mantiene tensa la cinta, usando este método el rango de medición ya no es una limitante, las limitaciones en una medición de nivel con flotador y cinta, palancas o cadenas son según las variaciones del nivel que se va a medir en el depósito ó en la columna hidrostática en particular, para controlar el nivel en forma remota se montan relevadores que funcionen como pilotos sobre el eje giratorio que lleva la cadena ó la cinta, se debe utilizar un contrapeso para mantener tensa la cadena ó la cinta, conforme el flotador se eleva ó desciende con el nivel del medio que se esta midiendo, la rotación del eje se transforma en indicaciones por medios neumáticos, hidráulicos, eléctricos ó electrónicos para usarse en equipos remotos, para convertir el movimiento angular en una señal medible, los flotadores se sujetan a una rueda dentada que hace girar el eje, el rango máximo de nivel es el rango multiplicado por dos, es decir, el doble de la longitud del brazo para un arco de 180 desde el nivel vacío hasta el nivel lleno, para mediciones prácticas el arco que describa el brazo no debe sobrepasar los 60 para obtener una respuesta lineal satisfactoria en la medición. Los instrumentos de flotador consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica. El flotador conectado directamente está unido por un cable que desliza en un juego de poleas a un índice exterior que señala sobre una escala graduada. Es el modelo más antiguo y el más utilizado en tanques de gran capacidad tales como los de fuel-oil. Tiene el inconveniente de que las partes están expuestas al fluido y pueden romperse y de que el tanque no puede estar sometido a presión. Además, el flotador debe mantenerse limpio. El flotador acoplado magnéticamente desliza exteriormente a lo largo de un tubo guía sellado, situado verticalmente en el interior del tanque. Dentro del tubo, una pieza magnética sigue al flotador en su movimiento y mediante

un cable y un juego de poleas arrastra el índice de un instrumento situado en la parte superior del tanque. El instrumento puede además ser un transmisor neumático o eléctrico. En tanques pequeños, el flotador puede adaptarse para actuar magnéticamente sobre un transmisor neumático o eléctrico dispuesto en el exterior del tanque permitiendo así un control de nivel; una aplicación típica la constituye el control de nivel de una caldera de pequeña capacidad de producción de vapor. El flotador acoplado hidráulicamente actúa en su movimiento sobre un fuelle de tal modo, que varía la presión de un circuito hidráulico y señala a distancia en el receptor el nivel correspondiente. Permite distancias de transmisión de hasta 75 metros y puede emplearse en tanques cerrados. Sin embargo, requiere una instalación y calibración complicadas y posee partes móviles en el interior del tanque. Hay que señalar que en estos instrumentos, el flotador puede tener formas muy variadas y estar formado por materiales muy diversos según sea el tipo de fluido. Los instrumentos de flotador tienen una precisión de ± 0,5 %. Son adecuados en la medida de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión o al vacío, y son independientes del peso específico del líquido. Por otro lado, el flotador puede agarrotarse en el tubo guía por un eventual depósito de los sólidos o cristales que el líquido pueda contener y además los tubos guía muy largos pueden dañarse ante olas bruscas en la superficie del líquido o ante la caída violenta del líquido en el tanque.

MÉTODO DEL TUBO BURBUJA Los sistemas de burbujeo o de purga continua, realizan la medición de nivel midiendo la presión requerida para que un flujo constante de aire venza la presión hidrostática de un liquido, al salir el aire lo hace a manera de burbujeo, de ahí el nombre del sistema. Método de tubo burbuja "La presión en el tubo es igual a la presión hidrostática causada por el nivel, si se mide la presión dentro del tubo se obtiene la medición del nivel", este método se puede utilizar en recipientes abiertos o cerrados, la entrada del manómetro se monta por encima del nivel máximo del recipiente para que los sedimentos no se acumulen en el tubo de conexión. Tanque Abierto Este sistema de medición de tipo burbuja emplea un tubo sumergido en el liquido y a través de él, se hace burbujear aire mediante un rotámetro con un regulador de caudal incorporado, la presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida por la columna del liquido, la presión de aire en la tubería se mide mediante un transmisor de presión que puede calcularse para distancias de hasta 200 metros.

MÉTODO DE PRESIÓN DIFERENCIAL Introducción: Este método es el mas común en la medición de nivel para tanques abiertos o cerrados.

Método de presión diferencial Las tomas de presión diferencial; se hacen, una en la parte inferior, otra en la parte superior, siempre y cuando se trate de tanques cerrados sometidos a presión, cuando es para tanques abiertos la toma de baja presión se ventea a la atmósfera Calibración; Para calibrar el transmisor por la toma de alta presión se coloca la señal de presión para el rango del span ( 100 % ), estando la toma de baja presión al aire libre, se acciona el ajuste del span hasta leer 20 mA en el multímetro, para calibrar el cero ( 0.0 % ), debe haber presiones iguales en las tomas de alta y baja presión del transmisor, se acciona el ajuste del cero hasta que en el multímetro se lean 4 mA. Calibración del span; Para calibrar el 100% se igualan las presiones cerrando las tomas de alta y baja presión y abriendo la válvula igualadora la lectura del instrumento debe ser el 100% ( 20 mA). Calibración del cero; Para la calibración del 0% se cierran las tomas que van al tanque y se quitan los tapones inmediatamente después se cierra la válvula igualadora del transmisor y las tomas de baja y alta presión de abren, la lectura del instrumento es el 0% (4 mA), "Cuidar de no vaciar la tubería". El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso especifico. Es decir: P = H γ g en la que: P = Presión H = altura de líquido sobre el instrumento

γ = densidad del líquido g = 9,8 m/s2 El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma. En el tipo más utilizado, el diafragma está fijado en una brida que se monta rasante al tanque para permitir sin dificultades la medida de nivel de fluidos, tales como pasta de papel y líquidos con sólidos en suspensión, pudiendo incluso ser de montaje saliente para que el diafragma enrase completamente con las paredes interiores del tanque tal como ocurre en el caso de líquidos extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningún recodo. Hay que señalar que el nivel cero del líquido se selecciona en un eje a la altura del diafragma. Si el instrumento se calibra en el tanque, el 0 % del aparato debe comprobarse con el nivel más bajo en el borde inferior del diafragma (entre el borde inferior y el superior del diafragma la señal de salida no ésta en proporción directa al nivel). Otro tipo es el manómetro diferencial, y que en su funcionamiento equivale al transmisor de diafragma. En el caso de que el tanque esté cerrado y bajo presión, hay que corregir la indicación del aparato para la presión ejercida sobre el líquido debiendo señalar que la lectura será muy poco precisa, si la presión es grande. Se suele conectar un tubo en la parte superior del tanque y medir la diferencia de presiones entre la toma inferior y superior, utilizando transmisores de presión diferencial de diafragma. Cuando los gases o vapores encima del líquido son condensables, la línea desde la toma superior se llena gradualmente con el condensado hasta llenar todo el tubo, en cuyo caso la tubería a la derecha del transmisor, tendrá mayor presión que la tubería izquierda, y por lo tanto, habrá que cambiar las conexiones del instrumento ya que éste indicará bajo cuando el nivel sea alto y viceversa: En efecto, puede verse en la figura que: P = ( H − h)γ

para h = 0

p=H

De este modo, el instrumento tendrá que estar graduado a la inversa, es decir, indicar 0 % a 3 psi y 100 % a 15 psi en un transmisor neumático, o bien señalar 0 % a 4 mA y 100 % a 20 mA en un transductor de señal de salida 4-20 miliamperios en corriente continua. Para corregir este inconveniente se utiliza un muelle llamado de supresión que está aplicado a la barra de equilibrio de fuerzas del transmisor y que produce una fuerza igual a la diferencia entre el nivel máximo y el mínimo. Como es natural, puede ajustarse la tensión del muelle para cada caso particular.

Algunos fluidos presentan el riesgo de depósito de cristales o de sólidos en la superficie del diafragma. En tal caso cabe la solución de emplear un diafragma recubierto de teflón para reducir el depósito gradual del producto. No obstante, como el movimiento del diafragma es muy pequeño y se considera el sólido algo flexible, continúa aplicándose la presión del fluido a todo el diafragma; sin embargo, si parte del diafragma queda rígido, el instrumento marcará de forma errática o permanente menos nivel del real. Este inconveniente se resuelve empleando un transmisor de presión diferencial con membranas de sello que responde a la presión transmitida es lugar de la fuerza creada por el líquido sobre la membrana. En tanques cerrados y a presión con líquido de vapor condensable existe el riesgo de obturación de la línea de compensación, en particular si el fluido no es limpio. Para evitarlo puede purgarse la línea con líquido o gas, método que no se recomienda por los problemas de mantenimiento y la posible pérdida de precisión que presenta, o bien emplear un transmisor de presión diferencial unido con dos capilares o dos diafragmas conectados en las partes inferior y superior del tanque. Es importante que los dos diafragmas estén a la misma temperatura para evitar los errores en la medida que se presentarían por causa de las distintas dilataciones del fluido contenido en el tubo capilar. Si el tanque es elevado y el medidor se sitúa a un nivel muy inferior, la columna de liquido que va desde el nivel mínimo al medidor, es mucho mayor que la propia variación de nivel, por lo cual, la apreciación del mismo se hace sobre una parte muy pequeña, de la escala. Para corregir este inconveniente se utiliza un muelle llamado de elevación que en forma similar al de supresión está ampliado a la barra de equilibrio de fuerzas del transmisor y produce una fuerza que se ajusta igual a la de la columna de líquido citada. . El medidor de presión diferencial puede emplearse también en la medida de interfases. La amplitud de la medida vendrá dada por la diferencia de presiones sobre el diafragma del elemento, primero con el tanque lleno del líquido más denso y después con el líquido menos denso.

Medición de nivel con ultrasonido El sistema ultrasónico de medición de nivel se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.

Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 K Hertz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexión el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del sólido o del liquido.

Transductor ultrasónico de nivel. En la figura se observa la disposición de montaje de los detectores que se utilizan en los casos de alarmas o de indicación continua del nivel. En las aplicaciones de alarma de nivel los sensores vibran a una frecuencia de resonancia determinada, que se amortigua cuando él liquido se moja. En el segundo caso de indicación continua de nivel, la fuente ultrasónica genera impulsos que son detectados por el receptor una vez que ha transcurrido el tiempo correspondiente de ida y vuelta de la onda a la superficie del sólido o del liquido. El sensor emisor dispone de un oscilador excitador para enviar un impulso ultrasónico a la superficie del fluido y el sensor receptor recibe esta señal reflejada enviando una señal función del tiempo transcurrido, y por lo tanto del nivel, a un oscilógrafo o a un indicador. La precisión de estos instrumentos es de ± 1 a 3 %. Son adecuados para todos los tipos de tanques y de líquidos o fangos pudiendo construirse a prueba de explosión. Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad de los fluidos y de dar señales erróneas cuando la superficie del nivel del liquido no es nítida como es el caso de un liquido que forme espuma, ya que se producen falsos ecos de los ultrasonidos. La utilización de computadoras permite, a través de un programa, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y así tener en cuenta las características particulares de la superficie del liquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisión de la medida. Por otro lado, el computador facilita la conversión del nivel a volumen del tanque para usos de

inventarios, y además, proporciona características de autocomprobación del instrumento.





PRÁCTICA 5

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TEMPERATURA

La Estación de Proceso de Temperatura Modelo 3504, principalmente se compone de un 20-200EC (70-400EF) del horno con una función de capilar del termómetro la temperatura del interruptor (encendido / apagado del controlador), termostato, inyector de aire de refrigeración, amortiguador regulable, y protección contra sobrecalentamiento. La instrumentación de procesos incluye un termómetro de bulbo capilar montado en el lado del horno, así como una temperatura de IDT transmisor y un transmisor de la temperatura del termopar tipo J con conexiones eléctricas terminado por banano conectores del panel de control principal. La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene una temperatura menor. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía sensible de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor. La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería. Unidades de Temperatura Las escalas de medición de la temperatura se dividen fundamentalmente en dos tipos, las relativas y las absolutas. Los valores que puede adoptar la

temperatura en cualquier escala de medición, no tienen un nivel máximo, sino un nivel mínimo: el cero absoluto. Mientras que las escalas absolutas se basan en el cero absoluto, las relativas tienen otras formas de definirse. Relativas •

Grado Celsius (°C). Para establecer una base de medida de la temperatura Anders Celsius utilizó (en 1742) los puntos de fusión y ebullición del agua. Se considera que una mezcla de hielo y agua que se encuentra en equilibrio con aire saturado a 1 atm está en el punto de fusión. Una mezcla de agua y vapor de agua (sin aire) en equilibrio a 1 atm de presión se considera que está en el punto de ebullición. Celsius dividió el intervalo de temperatura que existe entre éstos dos puntos en 100 partes iguales a las que llamó grados centígrados °C. Sin embargo, en 1948 fueron renombrados grados Celsius en su honor; así mismo se comenzó a utilizar la letra mayúscula para denominarlos. En 1954 la escala Celsius fue redefinida en la Décima Conferencia de Pesos y Medidas en términos de un sólo punto fijo y de la temperatura absoluta del cero absoluto. El punto escogido fue el punto triple del agua que es el estado en el que las tres fases del agua coexisten en equilibrio, al cual se le asignó un valor de 0,01 °C. La magnitud del nuevo grado Celsius se define a partir del cero absoluto como la fracción 1/273,16 del intervalo de temperatura entre el punto triple del agua y el cero absoluto. Como en la nueva escala los puntos de fusión y ebullición del agua son 0,00 °C y 100,00 °C respectivamente, resulta idéntica a la escala de la definición anterior, con la ventaja de tener una definición termodinámica.

•

• • • • •

Grado Fahrenheit (°F). Toma divisiones entre el punto de congelación de una disolución de cloruro amónico (a la que le asigna valor cero) y la temperatura normal corporal humana (a la que le asigna valor 100). Es una unidad típicamente usada en los Estados Unidos; erróneamente, se asocia también a otros países anglosajones como el Reino Unido o Irlanda, que usan la escala Celsius. Grado Réaumur (°Ré, °Re, °R). Usado para procesos industriales específicos, como el del almíbar. Grado Rømer o Roemer. En desuso. Grado Newton (°N). En desuso. Grado Leiden. Usado para calibrar indirectamente bajas temperaturas. En desuso. Grado Delisle (°D) En desuso.

Absolutas Las escalas que asignan los valores de la temperatura en dos puntos diferentes se conocen como escalas a dos puntos. Sin embargo en el estudio de la termodinámica es necesario tener una escala de medición que no dependa de las propiedades de las sustancias. Las escalas de éste tipo se conocen como escalas absolutas o escalas de temperatura termodinámicas.

Con base en el esquema de notación introducido en 1967, en la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM), el símbolo de grado se eliminó en forma oficial de la unidad de temperatura absoluta.

Conversión de temperaturas Las siguientes fórmulas asocian con precisión las diferentes escalas de temperatura:

Grad Kelvi

o

n

Celsi us

K = C

Kelvin

K = K

+ 273,15

C = K

Grado Celsius

− 273,1 5

C = C

Grado Fahrenhe it

Ranki ne

C = (F - 32)

Réaum ur

K = Ra

C = (Ra 491,67)

K = Re + 273,15

C = Re

7

Grad

Grad

o

o

o

Røm

Newto

Delisl

er

n

e

7,5) + 273,15

C= (Ro 7,5)

K=N + 273,15

C=N

K= 373,15 - De

C= 100 De

F = K

Grado Fahrenheit 459,6

Grad

K= (Ro -

K = ( F +

459,67)

Grado

F=C F = F

+ 32

F = Ra

− 459,67

F = Re + 32

F= (Ro 7,5) + 32

F=N + 32

F= 121 De

Ra

Rankine

=

K

Ra = (C + 273,15

Ra = Re = F + 459,67

Ra

Ra

= Ra

)

= ( K − 273,1

Re

Grado Réaumur

Re = C

Re = (F 32)

Re = (Ra 491,67)

+ 491,67

Re

= Re

Ra = (Ro 7,5) + 491,67

Re = (Ro 7,5)

Ra = N + 491,67

Re = N

Grado Rømer

Grado Newton

Grado Delisle

5) +7,5

Ro = C +7,5

N = (K 273,1 5)

N = C

De = (373,1 5 - K)

De = (100 -

Ro = (F 32)

+7,5

N = (F 32)

C)

De = (121 F)

- De

Re = 80 De

5)

Ro =(K 273,1

Ra = 171,67

Ro = Ra - 491,67 +7,5

N = (Ra 491,67)

Ro = Re +7,5

N = Re

Ro

=

Ro = N

Ro

N = (Ro 7,5)

+7,5

N = N

Ro = 60 De

N = 33 De

De = (580,67 - Ra)

De = (80 - Re)

De = (60 Ro)

De = (33 -

De

=

De

N)

Sensación térmica Es importante destacar que la sensación térmica es algo distinto de la temperatura tal como se define en termodinámica. La sensación térmica es el resultado de la forma en que la piel percibe la temperatura de los objetos y/o de su entorno, la cual no refleja fielmente la temperatura real de dichos objetos y/o entorno. La sensación térmica es un poco compleja de medir por distintos motivos: El cuerpo humano mide la temperatura a pesar de que su propia temperatura se mantiene aproximadamente constante (alrededor de 37 °C). Por lo tanto, no alcanza el equilibrio térmico con el ambiente o con los objetos que toca.

Las variaciones de calor que se producen en el cuerpo humano generan una diferencia en la sensación térmica, desviándola del valor real de la temperatura. Como resultado, se producen sensaciones de temperatura exageradamente altas o bajas. Entonces el valor cuantitativo de la sensación térmica está dado principalmente por la gradiente de temperatura que se da entre el objeto y la parte del cuerpo que está en contacto directo y/o indirecto con dicho objeto (que está en función de la temperatura inicial, área de contacto, densidad de los cuerpos, coeficientes termodinámicos de transferencia por conducción, radiación y conveccción, etc). Sin embargo, existen otras técnicas mucho más sencillas que intentan simular la medida de sensación térmica en diferentes condiciones mediante un termómetro:

Temperatura seca Se le llama temperatura seca del aire de un entorno (o más sencillamente: temperatura seca) a la temperatura del aire, prescindiendo de la radiación calorífica de los objetos que rodean ese ambiente concreto, y de los efectos de la humedad relativa y de los movimientos de aire. Se puede obtener con el termómetro de mercurio, respecto a cuyo bulbo, reflectante y de color blanco brillante, se puede suponer razonablemente que no absorbe radiación. Temperatura radiante La temperatura radiante tiene en cuenta el calor emitido por radiación de los elementos del entorno. Se toma con un termómetro de bulbo, que tiene el depósito de mercurio encerrado en una esfera o bulbo metálico de colornegro, para asemejarlo lo más posible a un cuerpo negro y así absorber la máxima radiación. Para anular en lo posible el efecto de la temperatura del aire, el bulbo negro se aísla en otro bulbo que se fue hecho al vacío. Las medidas se pueden tomar bajo el sol o bajo sombra. En el primer caso se tendrá en cuenta la radiación solar, y se dará una temperatura bastante más elevada. También sirve para dar una idea de la sensación térmica. La temperatura de bulbo negro hace una función parecida, dando la combinación de la temperatura radiante y la ambiental. Temperatura húmeda Temperatura de bulbo húmedo o temperatura húmeda, es la temperatura que da un termómetro bajo sombra, con el bulbo envuelto en una mecha de algodón húmedo bajo una corriente de aire. La corriente de aire se produce mediante un pequeño ventilador o poniendo el termómetro en un molinete y haciéndolo girar. Al evaporarse el agua, absorbe calor rebajando la temperatura, efecto que reflejará el termómetro. Cuanto menor sea la humedad relativa del ambiente, más rápidamente se evaporará el agua que empapa el paño. Este tipo de medición se utiliza para dar una idea de la sensación térmica, o en los psicrómetros para calcular la humedad relativa y la temperatura del punto de rocío.





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PRÁCTICA 6

VÁLVULAS

Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases

mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia. La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.

Válvula de control. La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.

Partes de la válvula de control. Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.

Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte tal como se muestra en la figura (1-a.). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta •

que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.

•

Cuerpo de la válvula : este esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador. •

Categorías de válvulas. Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio). Estas categorías básicas se describen a continuación. Seria imposible mencionar todas las características de cada tipo de válvula que se fabrica y no se ha intentado hacerlo. Más bien se presenta una descripción general

de cada tipo en un formato general, se dan recomendaciones para servicio, aplicaciones, ventajas, desventajas y otra información útil para el lector.

Válvulas de compuerta. La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento .

Válvulas de macho La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° .

Recomendada para • • • • •

Servicio con apertura total o cierre total. Para accionamiento frecuente. Para baja caída de presión a través de la válvula. Para resistencia mínima a la circulación. Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Dejar espacio libre para mover la manija en las válvulas accionadas con una llave. •

En las válvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en servicio. En las válvulas con macho lubricado, lubricarlas a intervalos • periódicos. •

Especificaciones para pedido • • • • •

Material del cuerpo. Material del macho. Capacidad nominal de temperatura. Disposición de los orificios, si es de orificios múltiples. Lubricante, si es válvula lubricada.

Válvulas de globo Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería (fig. 1-3).

Recomendada para • • • •

Estrangulación o regulación de circulación. Para accionamiento frecuente. Para corte positivo de gases o aire. Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.

Válvulas de bola Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto (fig. 1-4).

Recomendada para • • • •

Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación. Cuando se requiere apertura rápida. Para temperaturas moderadas. Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.

Aplicaciones Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.

Variaciones Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías, Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido.

Materiales Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC. Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.

Válvulas de mariposa La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la circulación (fig. 1-5).

Válvulas de diafragma Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación (fig. 1-6).

Válvulas de apriete La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o mas elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre si para cortar la circulación (fig. 1-7).

•

Válvulas de retención (check) y de desahogo (alivio) Hay dos categorías de válvulas y son para uso específico, más bien que para servicio general: válvulas de retención (check) y válvulas de desahogo (alivio). Al contrario de los otros tipos descritos, son válvulas de accionamiento automático, funcionan sin controles externos y dependen

para su funcionamiento de sentido de circulación o de las presiones en el sistema de tubería. Como ambos tipos se utilizan en combinación con válvulas de control de circulación, la selección de la válvula, con frecuencia, se hace sobre la base de las condiciones para seleccionar la válvula de control de circulación.

Válvulas de retención (check). La válvula de retención (fig. 1-8) esta destinada a impedir una inversión de la circulación. La circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la circulación, se cierra. Hay tres tipos básicos de válvulas de retención: 1) válvulas de retención de columpio, 2) de elevación y 3) de mariposa.

Válvulas de retención del columpio. Esta válvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza la circulación inversa. Hay dos diseños: uno en "Y" que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de la tubería y un tipo de circulación en línea recta que tiene anillos de asiento reemplazables.

Válvulas de retención de elevación Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.

Válvula de retención de mariposa

Una válvula de retención de mariposa tiene un disco dividido embisagrado en un eje en el centro del disco, de modo que un sello flexible sujeto al disco este a 45° con el cuerpo de la válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula para abrir por completo.

Válvulas de desahogo (alivio) Una válvula de desahogo (fig. 1-9) es de acción automática para tener regulación automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para regularla. La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos comprimibles. El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante formulas especificas.





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PRÁCTICA 7

ELEMENTOS FUNDAMENTALES DE CONTROL

Un controlador de dispositivo, llamado normalmente controlador es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con un periférico, haciendo una abstracción del hardware y proporcionando una interfaz -posiblemente estandarizada- para usarlo. Se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica al sistema operativo, cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo en particular. Por tanto, es una pieza esencial, sin la cual no se podría usar el hardware. Existen tantos tipos de controladores como tipos de periféricos, y es común encontrar más de un controlador posible para el mismo dispositivo, cada uno ofreciendo un nivel distinto de funcionalidades. Por ejemplo, aparte de los oficiales (normalmente disponibles en la página web del fabricante), se pueden encontrar también los proporcionados por el sistema operativo, o también versiones no oficiales hechas por terceros.

Los controladores de dispositivo (device drivers en inglés) son programas añadidos al núcleo del sistema operativo, concebidos inicialmente para gestionar periféricos y dispositivos especiales. Pueden ser de dos tipos: orientados a caracteres (tales como los dispositivos NUL, AUX, PRN, del sistema) o bien orientados a bloques, constituyendo las conocidas unidades de disco. La diferencia fundamental entre ambos tipos de controladores es que los primeros reciben o envían la información carácter a carácter; en cambio, los controladores de dispositivo de bloques procesan, como su propio nombre indica, bloques de cierta longitud en bytes (sectores). Los controladores de dispositivo, aparecidos con el DOS 2.0, permiten añadir nuevos componentes al ordenador sin necesidad de rediseñar el sistema operativo. Clasificación de los controladores industriales. Los controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de control, como: 1. De dos posiciones o de encendido y apagado (on/of) 2 . Proporcionales 3.Integrales 4.Proporcionales-integrales 5.Proporcionales-derivativos 6 . Proporcionales-integrales-derivativos Casi todos los controladores industriales emplean como fuente deenergía la electricidad o un fluido presurizado, tal como el aceite o elaire. Los controladores también pueden clasificarse, de acuerdo con eltipo de energía que utilizan en su operación, como neumáticos,hidráulicos o electrónicos. El tipo de controlador que se use debedecidirse con base en la naturaleza de la planta y las condicionesoperacionales, incluyendo consideraciones tales como seguridad, costo,disponibilidad, confiabilidad, precisión, peso y tamaño

1 Acción de control de dos posiciones o de encendido y apagado (on/off). En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación solo tiene dos posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendido y apagado. El control de dos posiciones o de encendido y apagado es relativamente simple y barato, razón por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto industriales como domésticos. Es común que los controladores de dos posiciones sean dispositivos eléctricos, en cuyo caso se usa extensamente una válvula eléctrica operada por solenoides. Los controladores neumáticos proporcionales con ganancias muy altas funcionan como controladores de dos

posiciones y, en ocasiones, se denominan controladores neumáticos de dos posiciones En la figura 1.1 se muestra un sistema de control del liquido que es controlado por una acción de control de dos posiciones

2.- Control proporcional Acción de control proporcional. Para un controlador con acción de control proporcional, la relación entre la salida del controlador u(t) y la señal de error e(t) es: Ut =Kpet………..Ecuacion 2. o bien, en cantidades transformadas por el método de Laplace Us Es=Kp…………Ecuacion 2.2 en donde Kp se considera la ganancia proporcional Cualquiera que sea el mecanismo real y la forma de la potencia de operación, el controlador proporcional es, en esencia, un amplificador con una ganancia ajustable. El controlador proporcional es el tipo más simple de controlador, con excepción del controlador de dos estados (del cual se hace mención en la primera parte del texto) la ecuaci6n con que se describe su funcionamiento es la siguiente: mt=m+Kcrt-ct……….Ecuación 2.3 O mt=m+Kcet……….Ecuación 2.4 Donde: m(t) = salida del controlador, psig o mA r(t) = punto de control, psig o Ma c(r) = variable que se controla, psig o mA; ésta es la señal que llega del transmisor

3.-Controlador proporcional-integra/ (PI). La mayoría de los procesos no se pueden controlar con una desviación, es decir, se deben controlar en el punto de control, y en estos casos se debe añadir inteligencia al controlador proporcional, para eliminar la desviación. Esta nueva inteligencia o nuevo modo de control es la acción integral o de reajuste y en consecuencia, el controlador se convierte en un controlador proporcional-integral (PI). La siguiente es su ecuación descriptiva: mt=m+Kcrt-ct+KcτIrt-ctdt……Ecuación 3.1 mt=m+Kcet+KcτIetdt…….Ecuación 3.2 Donde: τI = tiempo de integración o reajuste minutos/repetición. Por lo tanto, el controlador PI tiene dos parámetros, Kc, yτI, que se deben ajustar para obtener un control satisfactorio. Para entender el significado físico del tiempo de reajuste,τI, considérese el ejemplo hipotético que se muestra en la figura 3.1, donde 7, es el tiempo que toma al controlador repetir la acción proporcional y, en consecuencia, las unidades son minutos/repetición. Tanto menor es el valor de τI, cuanto más pronunciada es la curva de respuesta, lo cual significa que la respuesta del controlador se hace más rápida.





PRÁCTICA 8

SINTONÍA

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El controlador PID es una estructura de control en la que la señal de control del proceso se expresa en función del error, e(t)=yref (t) - y(t), según la expresión estándar:

DondeKp, Ki y Kd corresponden respectivamente a las constantes Proporcional, Integral y Derivativa del controlador. La expresión anterior puede igualmente expresarse como la siguiente función de transferencia del controlador PID

Desde una perspectiva moderna, un controlador PID es simplemente un controlador de hasta segundo orden, conteniendo un integrador. · Descubrimientos empíricos demuestran que la estructura del PID por lo general tiene la suficiente flexibilidad como para alcanzar excelentes resultados en muchas aplicaciones. · El término básico es el término proporcional P, que genera una actuación de control correctivo proporcional al error. · El término integral I, genera una corrección proporcional a la integral del error. Esto nos asegura que si aplicamos un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. Sin embargo, la acción integral también tiene un efecto desestabilizador debido al corrimiento de fase agregado · El término derivativo D, genera una acción de control proporcional al cambio de rango del error. Esto tiende a tener un efecto estabilizante pero por lo general genera actuaciones de control grandes. Tiende dar más estabilidad al sistema pero suele generar grandes valores en la señal de control. El controlador de tipo PID es hoy por hoy el más empleado en el ámbito industrial (Industria Moderna) para el control robusto de procesos y es una pieza clave en el control distribuido. El desarrollo de estos controladores ha estado muy ligado a los avances en la electrónica y la microelectrónica. Así, los más primitivos se fundamentaban en relés, motores eléctricos síncronos,

sistemas neumáticos e hidráulicos, etc. Los dispositivos actuales emplean tecnologías electrónicas y microprocesadores para implementarlos. Estas técnicas abaratan costes y tiempo de diseño. Métodos para el diseño de un controlador PID ·

El método de oscilación de Ziegler-Nichols

·

El método de la curva de reacción de Ziegler-Nichols

·

El método de la curva de reacción de Cohen-Coon

Método de Oscilación o Método de Respuesta en Frecuencia: este se basa en un lazo de control solo con ganancia proporcional y de acuerdo a la ganancia utilizada para que el sistema empiece a oscilar y al periodo de esas oscilaciones, podamos establecer las ganancias del controlador PID. Los pasos a seguir son: · Cerrar el lazo de control con el controlador en modo proporcional únicamente. · Con la ganancia proporcional Kp a un valor arbitrario, provocar pequeños cambios bruscos en el punto de consigna y observar la respuesta del sistema. · Aumentar o disminuir Kp hasta conseguir en el paso anterior que el sistema oscile con una amplitud constante. Anotar el valor de la ganancia proporcional en ese instante como kc, y medir el período de la oscilación mantenida tc. Método Basado en la Curva Reacción o Método de Respuesta al Escalón: Este método se resume en ensayar al sistema a lazo abierto con un escalón unitario, se calculan algunos parámetros, como la máxima pendiente de la curva y el retardo, y con ellos establecemos las ganancias del controlador PID. Los pasos a seguir son: · Llevar manualmente la planta a lazo abierto a un punto de operación normal manipulando u(t). Supongamos que la planta se estabiliza en y(t) = y0 para u(t) = u0.

Método de asignación de polos La asignación de polos es un método de diseño de controladores cuando queremos que el desempeño del sistema a lazo cerrado cumpla con determinadas especificaciones de diseño, podemos ajustar un controlador PID utilizando asignación de polos.

Condiciones para la existencia de la solución por asignación de polos, asumiendo un controlador bipropio. Cuando se requiere un controlador estrictamente propio, el grado de P(s) y L(s) debería ser np = n -1 y nl = n, respectivamente. De esta forma, para poder estar en condiciones de elegir un polinomio a lazo cerrado Alc(s) arbitrario, su grado debería ser igual a 2n. No están permitidas las cancelaciones del estilo polo-cero inestables. Cualquier cancelación entre el controlador y la planta aparecería como factor en A0(s)L(s) y también en B0(s)P(s). Para que la condición pueda ser satisfecha, el mismo factor deberá aparecer en Alc(s), pero el polinomio característico a lazo cerrado se debe elegir estable, por lo que ese factor común debería ser estable. Solo de esta forma, el lazo cerrado nominal es garantía de ser internamente estable, es decir, las cuatro funciones de sensibilidad serán estables.





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PRÁCTICA 9

CONTROL CASCADA

El control en cascada es una estrategia que mejora significativamente, en algunas aplicaciones, el desempeño que muestra un control por retroalimentación y que ha sido conocida desde hace algún tiempo. Los computadores permiten la implementación de controles en cascada que son más simples, más seguros y menos costosos que los que pueden obtenerse mediante el uso de instrumentación análoga. Por lo tanto, la disponibilidad de los computadores ha facilitado que el control en cascada se implemente ahora mucho más que antes, cuando solo se utilizaba la instrumentación análoga Los controladores de cascada se utilizan cuando las perturbaciones afectan directamente a la variable de proceso manipulada (en la mayoría de los casos será un caudal de materia o flujo de energía) Este tipo de perturbaciones se denominan perturbaciones a la entrada y utiliza la medida de variables internas (auxiliares) para detectarrápidamente el efecto de las perturbaciones e iniciar antes laacción correctora La estructura de control en cascada se caracteriza por dos controladores realimentados anidados, siendo la salida del primario (maestro) el punto de consigna del controlador secundario (esclavo). La salida del controlador secundario es la que actúa sobre el proceso. Existen casos en los que la variable manipulada, por su naturaleza, sufre grandes oscilaciones que afectan a la capacidad de control del sistema, llegando inclusive al caso de imposibilitarlo. La solución a este tipo de problemas sería dotar al sistema de un controlador específico para regular la variable manipulada, ajustándose este a partir de la señal de salida del controlador principal, que antes era directamente recibida por una válvula. Generalizando, podemos decir que el sistema de control en cascada actúa a un esquema jerarquizado de variables de control, distinguiéndose entre variables ya mencionadas: primarias (master) y secundarias (slave).

prácticas instrumentación industrial

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