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Sesión N : 2
PROCESOS Y VARIABLE ARIABLES S EN UNA PLANTA INDUSTRIAL
Ing.. José Luis Rodríguez Vargas Ing
Copyright © marzo de 2017 por TECSUP
SABERES PREVIOS • •
Procesos Industriales Clasificación de los procesos industriales: De acuerdo a la tecnología implementada:
Procesos manuales
Procesos mecanizados
Procesos automatizados
PROBLEMATIZACIÓN ¿Cuáles son las más más utilizadas para describir describir un proceso industrial? • ¿Cómo se lleva a cabo el control de las variables que intervienen en un proceso industrial? •
LOGROS DE LA SESIÓN Recon conocer ocer las las princ rincip ipa ales les vari variab able less util utiliz izad adas as en la industria para controlar los procesos. Definir los términos términos más utilizados en control control automático automático • Definir de procesos industriales. • Definir los principales tipos de control automático y sus respectivos instrumentos. •
MOTIVACIÓN
https://www.youtube.com/watch?v=8zz6njwLrwg&list=PLKYvTRORAnx7svC7T3PGaAyC35xQZI3J
PROCESOS INDUSTRIALES •
PROCESOS CONTINUOS:
•
PROCESOS DISCONTINUOS:
PROCESOS CONTINUOS Los procesos continuos son aquellos en los que la materia prima, los productos intermedios y finales son fluidos y son procesados de manera continua por un largo período de tiempo, en ocasiones por años, sin paro alguno. Ejemplo de este tipo de operaciones se encuentran en industrias como la química, la petrolera y la energética.
PROCESO CONTI NUO
Proceso continuo de destilación fraccionada del petróleo
Proceso continuo de generación de energía térmica
VENTAJAS DE LAS OPERACIONES CONTINUAS Economía de escala • Fácil recuperación de calor • Automatización • Eliminación de tiempos muertos. • Mayor uniformidad de los productos • Mayor producción por unidad de volumen •
DESVENTAJAS DE LAS OPERACIONES CONTINUAS Se requiere uniformidad de composición de materias primas y reaccionantes. • Difícil adaptación de la producción al consumo. • Arranque y parada complicados. • Equipo de instrumentación y control costoso. •
PROCESOS DISCONTINUOS Llamados también en Batch. En este tipo se introducen los materiales reactantes en el equipo y se espera que suceda la reacción o el proceso que se quiere hacer. Ejemplos: •
La cristalización del azúcar en las bombas de vacío
•
La preparación de la cerveza
•
Cianuración de oro en pequeña escala
PROCESO DI SCONTI NUO (batch)
Proceso discontinuo de saponificación para la elaboración de jabones
Proceso discontinuo de ensamblaje de piezas mecánicas
VENTAJAS DE LAS OPERACIONES DISCONTINUAS Mayor flexibilidad para la elaboración de diversos tipos de productos a distintas capacidades de producción. • Menores gastos de inversión en instalaciones. • Mayor sencillez del control del proceso de elaboración. •
DESVENTAJAS DE LAS OPERACIONES DISCONTINUAS Mayores costos de mano de obra. • Mayor gasto de agua y energía y menor eficacia en la utilización de esta y de los materiales. • Utilización de mayor espacio para la utilización. • Menor uniformidad del producto. • Tiempos muertos de producción. •
VARIABLES INDUSTRIALES
VARIABLES INDUSTRIALES Para realizar la medición de las variables industriales se utilizan diversos equipos con tecnologías desarrolladas en base a la variación de las propiedades físicas de diversos materiales que luego se traducen en una escala determinada de medición.
Principio de funcionamiento de un manómetro
ACTIVIDAD EN CLASE •
Cada grupo completa el siguiente cuadro con la información de la Variable de Proceso asignada en clase:
Variable de Proceso
• • • •
Definición
G1: Presión G2: Temperatura G3: Nivel G4: Flujo G5 D id d
Unidades
Equipos de Medición
Ejemplo de aplicación
Imagen
industrial
G6: Ph G7: Humedad G8: Voltaje G9: Corriente eléctrica G10 P t i
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL Todo lo que se fabrica o se gestiona requiere control • No puede existir el control sin la instrumentación asociada • El tipo de control y su instrumentación dependen del ámbito en que se aplican •
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL • •
•
Instrumentación: Mide e informa del proceso al control Control: Analiza, compara con los objetivos asignados y toma decisiones Elemento final de control: Recibe las ordenes del Control y las ejecuta
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL •
Control Manual:
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL •
Control Automático:
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL •
Lazo de Control: Arreglo de dispositivos (instrumentos) conectados para lograr el
control de una variable física. Consiste de un transmisor para llevar la variable al sistema, un controlador o sistema de control para computar y generar una señal de control y un elemento final de control para modificar físicamente a la variable.
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL •
Sistema de Control en Lazo Abierto:
Control de flujo y temperatura en lazo abierto
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL •
Sistema de Control en Lazo Cerrado:
Control de flujo y temperatura en lazo cerrado
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DISTURBIOS/PERTURBACIONES VARIABLE MANIPULADA
VARIABLE CONTROLADA
PROCESO
SENSOR
ELEMENTO FINAL DE CONTROL
SET POINT
VARIABLE MEDIDA TRANSDUCTOR
CONTROLADOR
TRANSMISOR
REGISTRADOR
SALIDA DE CONTROL
INDICADOR ALARMAS
TECNOLOGIAS EN INSTRUMENTACIÓN
NEUMÁTICA
ELECTRONEUMÁTICA
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
ELECTRÓNICA DIGITAL
ELECTRO HIDRÁULICA
HIDRÁULICA
ELECTRÓNIA ANALÓGICA
ELECTROMECANICA PLC
INSTRUMENTOS Indicadores • Transmisores • Registradores • Convertidores • Controladores • Actuadores • Transductores •
Conectados por líneas de transmisión: Neumáticas Eléctricas Digitales
• • •
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Instrumentos ciegos Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable Ejemplo: Presostatos y termostatos, que poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable, ya que sólo ajustan el punto de disparo del interruptor o conmutador al cruzar la variable el valor seleccionado.
Los instrumentos i n d i c ad o r es Son aquellos instrumentos que captan la variable de proceso y la muestran en una escala visible localmente. Los indicadores locales más utilizados son los manómetros (presión), termómetros (temperatura), rotámetros (caudal), etc.
TERMOMETRO
Instrumentos registradores Los instrumentos registradores trazan continuamente ó por puntos la variable de instrumentación. Las gráficas que producen suelen ser circulares, rectangulares ó en forma de rollo según se acoplen al proceso que registran. Registran gráficamente la evolución de la variable
Elementos primarios:
Son aquellos instrumentos que están en contacto con el fluido o variable, utilizando energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. Ejemplo: las placas de orificio y los elementos de temperatura (termopares o termo resistencias). Los instrumentos compactos como manómetros, termómetros, transmisores de presión, etc. ya se supone que el elemento primario está incluido dentro del propio instrumento.
RTD - PT100
Transmisores.
Captan la variable del proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática ( 3 a15 psi), o señal eléctrica de corriente continua ( 4 a 20 mA) o de tensión ( 0 a 5V.)
EL ELEMENTO PRIMARIO PUEDE FORMAR PARTE DEL TRANSMISOR.
L o s c o n t r o l ad o r e s
comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura con un valor deseado (SET POINT) y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación. La variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores locales o bien indirectamente en forma de señal neumática, electrónica o digital procedente de un transmisor.
El
elem en t o control
f in al
de
Son aquellos instrumentos que reciben un tipo de señal procedente de un controlador y modifica el caudal del fluido o agente de control. Los más habituales son las válvulas de control, servomotor o variador de frecuencia.
VALVULA CON POSICIONADOR NEUMATICO
VARIADOR DE VELOCIDAD
DIAGRAMAS DE PROCESO P&I Unidades de proceso y actuadores representados con símbolos especiales
Instrumentos de medida y regulación representados por círculos con números y letras
LT 102
LC 102
Líneas de conexión
INSTRUMENTOS Señal neumática LRC 128
PT 014 Conexión al proceso o alimentación
Señal eléctrica
Montaje en panel
Montaje en campo
El número es el mismo en todos los instrumentos de un mismo lazo de regulación
INSTRUMENTOS DIGITALES LRC 128
Accesible al operario Comparte varias funciones: display, control,etc. Configurable por software Acceso por red
PT 014
Normalmente no accesible al operario Controlador de DCS, regulador por microprocesador,...
El número es el mismo en todos los instrumentos de un mismo lazo de regulación
INSTRUMENTOS DIGITALES LRC 128 Computador Distinto del controlador de un DCS Varias funciones: DDC, registro, alarmas,etc. Acceso por red
Conexión software o por red digital
INSTRUMENTOS DIGITALES
Control lógico o secuencial
Accesible al operario
No accesible al operario
PLC o secuencias/ lógica de un DCS
1ª letra A D E F I J L M P S T V W Z
análisis densidad voltaje caudal corriente potencia nivel humedad presión velocidad temperatura viscosidad Peso posición
1ª letra: variable medida o relacionada 2ª letra: puede cualificar a la primera D diferencial F relación S seguridad Q integración 3ª y sig: Función del Instrumento I indicador R registro C control T transmisor V válvula Y cálculo H alto L bajo
Instrumentos
PDT
LRC
PIC
FY
FFC
ST
DT
TDT
Recalentador DV
MV
CV
CONCLUSIONES •
Los procesos industriales se clasifican en continuos y discontinuos
de acuerdo al flujo de los reactantes y productos a través de ellos. •
Todo proceso tiene asociado una o más variables de medición y control.
•
El funcionamiento de los instrumentos de medición y control se basan en propiedades físicas de los materiales que lo conforman.
•
En
la
actualidad
se
presentan
diferentes
tecnologías
de
automatización de procesos industriales. •
Existen normas para representar gráficamente los procesos de instrumentación.
REPASO PARA CASA Buscar, diferenciar y tener bien en claro los siguientes términos básicos que se manejan en automatización de procesos: -
Sensor Proceso Transductor Acondicionador de señal Transmisor Despliegue Unidad de medición Escala de medición Resolución Error Precisión Exactitud Repetibilidad Rango o gama Linealidad Estabilidad
-
Spam o rango de calibración Incertidumbre Automatización Control Avanzado Control Manual Control Todo-Nada Controlador Elemento final del proceso Punto de consigna Señal de salida Variable manipulada Zona muerta Sensibilidad Histéresis Trazabilidad Derivación Multiplexión
ACTIVIDAD GRUPAL PARA CASA Cada grupo presentara el diagrama de proceso P&I de un proceso “SIMPLE” utilizando Simbología de Control (ISA, ANSI) y describiendo detalladamente como se desarrolla el control del sistema propuesto. Fecha límite de presentación: 19/03/17 Correo:
[email protected]
