Guía Estudio Dirigido Automatización Industrial

Esta guía es solo una referencia. Se asume ha leído bibliografía del curso correspondiente a cada unidad.

1. Dibuje los siguientes instrumentos

a. Un transmisor de presión discreto montado en campo.b. Un controlador de corriente implementado como función de computadora.c. Un indicador de presión implementado como función de PLC.

a. b. c.

2. Defina instrumento, instrumentación, exactitud, precisión y resolución.

Los instrumentos son elementos que permiten medir, indicar, registrar y controlar las condiciones del proceso, definidas según las magnitudes de temperatura, presión, caudal, nivel, etc.

Instrumentación: Es una rama de la ciencia que trata de la medición y control / Conjunto de instrumentos de una planta o proceso.

Exactitud: cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al valor verdadero.

Precisión: tolerancia de medida de un instrumento, y define los límites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales.

Resolución: grado con que un instrumento puede discriminar valores equivalentes de una cantidad, o la menor diferencia de valor que el aparato puede distinguir.

3. Explique cómo medir caudal usando efecto de coriolis.

Una aplicación práctica de la fuerza de Coriolis es el caudalímetro másico, un instrumento que mide el caudal másico de un fluido que circula a través de una tubería.

El caudalímetro másico de Coriolis funciona aplicando una fuerza de vibración a un tubo curvado a través del cual pasa el fluido. El efecto Coriolis crea una fuerza en el tubo perpendicular a ambas direcciones: la de vibración y la dirección de la corriente. Esta fuerza se mide para obtener el caudal másico.

Los caudalimetros Coriolis miden la masa por vía directa sin que influyan en los resultados los cambios de densidad, presión, viscosidad y temperatura que experimenta el fluido. A esto se debe su extrema precisión. Un dispositivo electrónico hace que el tubo vibre a su frecuencia de resonancia. El movimiento en cualquier punto del tubo representa una onda sinuidal y cuando el fluido circula por el tubo, este responde de forma proporcional al caudal másico. Eso es lo que se denomina efecto coriolis.

4. Que normas indican como dibujar instrumentos, que norma indica la nomenclatura, que normas indica como dibujar elementos de control lógico, que normas indican que equipos utilizar para seguridad en sistemas automatizados.

Para designar y representar los instrumentos de medición y control se emplean normas muy variadas dentro de las industrias. Una de las más importantes es la Sociedad de Instrumentos de Estados Unidos, ISA (Instrument Society of America), cuya norma establece sistemas de designación (códigos y símbolos).

ISA-S5.1-84: Para dibujar instrumentos y para la nomenclatura.

ISA-S5.2-76: Para dibujar elementos de control lógico.

ISA-5.3: Complemento de la 5.1-84, sirve para documentar los instrumentos formados por ordenadores, controladores programables, miniordenadores y sistemas de microprocesador, que disponen de control y visualización compartida.

Para alarmas se utiliza la 5.1-84.

Seguridad: Sistemas Instrumentados de Seguridad Estándar ISA S.84/IEC 61511 (ISA americana; IEC Europea)

5. Cómo calculo el riesgo de falla de un equipo.

Cada equipo tiene un tiempo medio entre fallas, con ello ajusto una curva y calculo la probabilidad de que falle el equipo, de esta forma es posible obtener la probabilidad de falla del equipo.

6. Que es el MTBF.

Tiempo Medio Entre Fallas (MTBF) y Tiempo Medio Para Reparar (MTTR) son dos KPI importantes en el mantenimiento de planta.

MTBF = (Tiempo total de funcionamiento) / (número de fallas)

MTTR = (Tiempo total de inactividad) / (número de fallas)

El “Tiempo Medio Entre Fallas” (MTBF) es el promedio de tiempo transcurrido entre una falla y la siguiente. Usualmente la gente lo considera como el tiempo promedio que algo funciona hasta que falla y necesita ser reparado (otra vez).

El “Tiempo Medio Para Reparar” (MTTR) es el tiempo promedio que toma reparar algo después de una falla.

Para algo que no puede ser reparado, el término correcto es “Tiempo Medio Para Falla” (MTTF). Algunos definirían el MTBF –para aparatos capaces de reparación- como la suma de MTTF más MTTR. (MTBF = MTTF + MTTR). En otras palabras, el tiempo medio entre fallas es el tiempo de una falla a otra. Esta distinción es importante si el tiempo de reparación (MTTR) es una fracción significativa del MTTF.

Aquí hay un ejemplo. Un bombillo en un candelabro no es reparable, por lo que el MTTF es más apropiado. (El bombillo será sustituido). El MTTF podría ser 10,000 horas.

Por otro lado, sin cambios de aceite, el motor de un automóvil puede fallar luego de 150 horas de conducción en carretera –ese es el MTTF. Asumiendo 6 horas para quitar y sustituir el motor (MTTR), el MTBF es 150 + 6 = 156 horas.

¿Qué es una Falla? “Falla” puede tener múltiples significados. Examinemos brevemente las “fallas” de un aparato.

Una Fuente de Poder Ininterrumpida (UPS) puede tener cinco funciones bajo dos condiciones:

Cuando la energía principal está disponible:

o Permitir que la energía fluya desde la fuente principal a la máquina que está siendo protegida

o Acondicionar la energía limitando los picos de energía o bajones de voltaje

o Almacenar energía en una bacteria, hasta la carga total de la batería

Cuando la energía principal se interrumpe:

Proveer energía continua a la máquina que está siendo protegida

Emitir una señal para indicar que la energía principal está apagada

No hay duda de que el UPS ha fallado si impide que la energía principal fluya hacia la máquina que está siendo protegida (función 1). Fallas debidas a las funciones 2, 3 o 5 tal vez no sean obvias, porque la máquina “protegida” todavía está funcionando por la energía principal o por la batería. Incluso si lo notamos, estas fallan puede que no provoquen medidas correctivas inmediatas porque la máquina “protegida” sigue funcionando y puede que sea más importante mantenerla trabajando que reparar o sustituir el UPS.

¿Qué es Disponibilidad?

La “disponibilidad” de un aparato es, matemáticamente, MTBF / (MTBF + MTTR) para el tiempo de trabajo programado. El automóvil del ejemplo anterior está disponible durante 150/156 = 96.2% del tiempo. La reparación es tiempo de inactividad no programado.

Con un cambio de aceite de media hora no programado cada 50 horas – cuando un indicador del tablero alerta al conductor – la disponibilidad incrementaría a 50/50.5 = 99%.

Si los cambios de aceite se programaran adecuadamente como una actividad de mantenimiento, entonces la disponibilidad sería 100%.

¿Por qué son importantes?

La “disponibilidad” es un indicador clave de rendimiento en la fabricación, es parte de la medida de “Eficiencia General de Equipos” (OEE).

Un programa de producción que incluye tiempo de inactividad para mantenimiento preventivo puede predecir con precisión la producción total. Los programas que ignoran el MTBF y el MTTR son simplemente futuros desastres esperando remedio.

Cómo calcular el MTBF actual

El MTBF actual o histórico se calcula utilizando observaciones en el mundo real. (Existe una disciplina aparte para que los diseñadores de equipo pronostiquen el MTBF, basándose en los componentes y la carga de trabajo prevista).

El cálculo del MTBF actual requiere de un conjunto de observaciones, cada observación es:

Momento del tiempo de funcionamiento: el momento en el cual una máquina empieza a trabajar (inicialmente o después de una reparación)

Momento del tiempo de inactividad: el momento en el cual una máquina falló después de trabajar a partir del momento de tiempo de funcionamiento previo

Por lo que cada Tiempo Entre Falla (TBF) es la diferencia entre una observación del Momento del tiempo de funcionamiento y el subsecuente momento del tiempo de inactividad.

Se necesitan tres cantidades:

n = Número de observaciones.

ui = Este es el iésimo Momento del tiempo de funcionamiento

di = Este es el iésimo Momento del tiempo de inactividad que sigue al iésimo Momento del tiempo de funcionamiento

Por lo que el MTBF = Sumatoria (di – ui)/ n , para todos los i = 1 durante n observaciones. Más sencillamente, es el tiempo de trabajo total dividido entre el número de fallas.

7. Defina confiabilidad.

-Este aspecto de la exactitud con que un instrumento mide lo que se pretende medir es lo que se denomina la confiabilidad de la medida.

-Relación entre la cantidad de señales esperada y la recibida. Si el porcentaje es alto, la línea es confiable.

-Se define como la posibilidad que tiene un sistema de realizar las funciones para las que fue diseñado.

- La confiabilidad se puede definir también como la probabilidad en que un instrumento realizará su función prevista sin incidentes por un período de tiempo especificado y bajo condiciones indicadas.

8. Que es trazabilidad.

-Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con un patrón, tal que puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales, mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones, con todas las incertidumbres determinadas.

-La capacidad para reconstruir el historial de una medición, mediante una identificación registrada.

- Los instrumentos deben ser trazables para garantizar una fiabilidad en sus resultados.

9. Defina error, offset, span. Use ecuaciones.

Error: Diferencia algebraica entre el valor medido y el valor verdadero. Existe un montón de ejemplos, al medir la gravedad si el valor medido es 10 (m/s2), el error es 0,2 (dado que el verdadero es 9,8 m/s2).

Offset: (o desviación de cero) valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. Ejemplo, si no estamos midiendo nada con un tester (en escala resistiva) y marca 0,1 ohm, ese sería el offset (creo).

Span: diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento. Ejemplo: entre 100-300°C el span es 200°C.

10. Explique el procedimiento de calibración de un instrumento.

Se ha visto que los instrumentos industriales pueden medir, transmitir y controlar las variables que intervienen en un proceso.

Errores en los Instrumentos: Un instrumentos representativo, se considera que está bien calibrado cuando en todos los puntos de su campo de medida, la diferencia entre el valor real de las variable y el valor indicado o registrado o transmitido, está comprendido entre los límites determinados por la precisión del instrumento. En un instrumento ideal (sin error), la relación entre los valores reales de una variable comprendidos dentro del campo de medida, y los valores de lectura del aparato, es lineal.

En condiciones de funcionamiento estático, las desviaciones respecto a la relación lineal indicada, dan lugar a los errores de calibración de los instrumentos, suponiendo estas desviaciones no superan la exactitud por el fabricante del instrumento se considerará que el instrumento está calibrado aunque no coincida exactamente con la curva recta ideal.

Error de cero: todas las lecturas están desplazadas en un mismo valor con relación a la recta representativa del instrumento. Este error puede ser positivo o negativo. El punto de partida o base de la recta representativa cambia sin que varíe la inclinación o la forma de la curva.

Error de multiplicación: todas las lecturas aumenta o disminuyen proporcionalmente con relación a la recta representativa. En la figura se observa que el punto base no cambia y que la desviación progresiva puede ser positiva o negativa.

Error de angularidad: la curva real coincide con los puntos 0 y 100% de la recta representativa, pero se aparta de la misma en los puntos restantes. En la figura se puede ver un error de este tipo. El máximo de desviación suele estar hacia la mitad de la escala.

PROCEDIMIENTO GENERAL DE CALIBRACIÓN:

Para explicar el procedimiento general de calibración, considérese la desviación de la curva “real v/s lectura” de un instrumento típico, tal como lo muestra la figura. Se puede apreciar que con respecto a la recta ideal el aparato presenta

Ilustración 1 Ilustración 2 Relación de Calibración.

una curva de medición que combina los 3 tipos de errores posibles (de cero, de multiplicación y de angularidad). Para este caso, el procedimiento de calibración contempla los siguientes pasos a seguir:

1. Situar la variable en el valor mínimo del campo de medida, y en ese valor ajustar el tornillo de cero del instrumento hasta que el índice señale el punto de base (figura6.6b).

2. Colocar la variable en el valor máximo del campo de medida, y en este valor ajustar el tornillo de multiplicación hasta que el índice señale el valor máximo de la variable (figura 6.6c).

3. Repetir los puntos 1 y 2 sucesivamente, hasta que las lecturas sean correctas en los valores mínimos y máximos (figuras 6.6 d y e).

4. Colocar la variable en la cincuenta por ciento del intervalo de medida, y en ese punto ajustar el tornillo de angularidad hasta mover el índice 5 veces el valor del error e la dirección del mismo (la curva real se aplana) (figura 6.6f).

5. Reajustar sucesivamente el tornillo de cero y el de multiplicación, hasta conseguir la exactitud deseada o requerida. (figuras 6.6 g, h, i). Si fuera necesario, efectuar una nueva corrección de angularidad.

Ilustración 3 Procedimiento general de calibración.

Lo dicho hasta ahora se refiere a los instrumentos convencionales neumáticos o electrónicos. En los instrumentos digitales “inteligentes”, en particular en los transmisores, la calibración se ve facilitada por la

“inteligencia” proporcionada por el microprocesador incorporado en el instrumento. Éste guarda digitalmente e una EPROM los datos que proporcionan correcciones precisas de las no linealidades de los sensores ante variaciones en la temperatura y presión ambiente, para toda la vida útil del instrumento. Un comunicador portátil dotado de un visualidad de cristal líquido y teclado alfanumérico permite comprobar desde el propio transmisor, o bien desde el controlador, o desde cualquier punto de la línea de conexión (dos hilos), el estado de calibración del transmisor. En todo caso, puede ajustarse el aparato enviado a través del teclado alfanumérico del comunicador el número de identificación del instrumento y los valores inferior y superior del campo de medida con los que se desea reajustar el aparato.

Es evidente que el sistema de calibración presentado es general, referido a los instrumentos representativos. Existen otros procedimientos más rápidos incluidos en los manuales de operación de algunos instrumentos.

Otros tipos de error provienen de la lectura del instrumento por el observador y son:

- Error de paralaje: se produce cuando el observador efectúa de modo que su línea de onservación al índice no es perpendicular a la escala del instrumento.

- Error de interpolación: se presenta cuando el índice no coincide exactamente con la graduación de la escala, y el observador redondea sus lecturas por exceso o por defecto.

Evidentemente, estos errores de paralaje e interpolación no existen en los instrumentos de salida digital.

Bibliografía:

- Creus Solé Antonio; “Instrumentación Industrial”, 6ta edición.- Creus Solé Antonio; “Instrumentación Industrial. Su ajuste y calibración”.

11. Describa 4 tipos de válvulas, dibuje su estructura e indique los principales usos.

Se tienen 3 grandes grupos donde se aglomeran muchos tipos de válvulas dependiendo del uso que se le dará, estos son:

Válvulas de De cierre (bloqueo): Una válvula de cierre puede controlar el flujo de líquido a alta presión en un o desactivar de manera. La válvula incluye una vivienda de válvula de tener un agujero axial therethrough con un miembro de la válvula slidable en él. Los miembros de la válvula está formado con un asiento semiesférico que, en la misma posición, está sentado entre un puerto de entrada de la válvula y un puerto de salida de la válvula. Los miembros de la válvula floatably está montado en el agujero axial para hacer el asiento hemisférica a rótula con respecto a la sede de la válvula. La válvula es remotamente accionada mediante una válvula de este líquido.

Válvulas de estrangulación: Una válvula de estrangulamiento es simplemente una restricción al flujo, si bien se reduce la presión, no realiza trabajo y por lo general la transferencia de calor es pequeña. Si se elige el volumen de control lo suficientemente alejado de dicha restricción, el cambio de energía cinética resulta pequeño.

Válvulas para impedir el flujo inverso (de retención): La válvula de retención está 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.

Ahora bien, se pide describir solo 4 tipos de válvulas, pero antes de ello mencionare (por si se quiere profundizar en el tema) lo tipos de válvulas existentes para cada tipo ( puede que existan más, pero estos con los mas comunes).

Válvulas de De cierre (bloqueo): válvulas de compuerta, válvulas de macho, válvulas de bola y válvulas de mariposa.

Válvulas de estrangulación: válvulas de globo, válvulas de aguja, válvulas en Y, válvulas de angulo, válvulas de mariposa.

Válvulas para impedir el flujo inverso (de retención): válvulas de retención de columpio, válvulas de retención de mariposa y válvulas de retención de elevación.

Los dispositivos se dividen en dos grupos generales: 1) válvulas y 2) discos de ruptura. En el presente desarrollo solo se tratará el tema de las válvulas.

Las válvulas están bajo carga de resorte, salvo que operen con un piloto del tipo de falla sin peligro, y si se utilizan para vapor o aire tienen una palanca para abrir la válvula si la presión del recipiente es mayor del 75% de la presión de desahogo.

Además, las válvulas se subdividen en:

a) Válvulas se seguridad.

b) Válvulas de desahogo.

Una válvula de seguridad es un dispositivo automático para desahogo de presión accionado por la presión estática corriente arriba de la válvula y que se caracteriza por su acción de disparo para plena apertura. Generalmente se utiliza en servicios con gas o vapores.

En la industria, el término válvula de seguridad se aplica en general a las utilizadas en servicio para vapor de calderas.

Una válvula de desahogo es un dispositivo automático para desahogo de la presión accionado por la presión estática corriente arriba de la válvula y que tiene apertura adicional con el aumento en la presión en relación con su funcionamiento. Su servicio principal es con líquidos.

Ahora que ya estamos insertos en el tema, pasaremos a dar desarrollo a la interrogante dispuesta al inicio del texto.

Desarrollo

1.- Válvulas de compuerta: Resistencia mínima al fluido de la tubería. Se utiliza totalmente abierta o cerrada. Accionamiento poco frecuente. La válvula de compuerta supera en número a los otros tipos de válvulas en servicios en donde se requiera circulación ininterrumpida y poca caída de presión. Las válvulas de compuerta no se recomiendan para servicios de estrangulación, porque la compuerta y el sello tienden a sufrir erosión rápida cuando restringen la circulación y producen turbulencia con la compuerta parcialmente abierta.

Cuando la válvula está abierta del todo, se eleva por completo la compuerta fuera del conducto del flujo, por lo cual el fluido pasa en línea recta por el conducto que suele tener el mismo diámetro que la tubería.

Las características principales del servicio de las válvulas de compuerta incluyen: cierre completo sin estrangulación, operación poco frecuente y mínima resistencia a la circulación.

Recomendada para

Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación. Para uso poco frecuente. Para resistencia mínima a la circulación. Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería.

Aplicaciones

Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.

Ventajas

Alta capacidad. Cierre hermético. Bajo costo. Diseño y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulación.

Desventajas

Control deficiente de la circulación. Se requiere mucha fuerza para accionarla. Produce cavitación con baja caída de presión. Debe estar cubierta o cerrada por completo. La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco.

Variaciones

Cuña maciza, cuña flexible, cuña dividida, disco doble. Materiales Cuerpo: bronce, hierro fundido, hierro, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable,

plástico de PVC.

Componentes diversos.Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento

Lubricar a intervalos periódicos. Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura. Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubería para líquidos calientes y al comprobar que las

válvulas estén cerradas. No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca. Abrir las válvulas con lentitud para evitar el choque hidráulico en la tubería. Cerrar las válvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados.

Especificaciones para el pedido

Tipo de conexiones de extremo. Tipo de cuña. Tipo de asiento. Tipo de vástago. Tipo de bonete. Tipo de empaquetadura del vástago. Capacidad nominal de presión para operación y diseño. Capacidad nominal de temperatura para operación y diseño.

2.-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 .

1-Obturador: También denominado disco en caso de parte metálica, es la pieza que realiza la interrupción física del fluido.

2-Eje: También denominado husillo, es la parte que conduce y fija el obturador.3-Asiento: Parte de la válvula donde se realiza el cierre por medio del contacto con el obturador.

4-Empaquetadura del eje: Es la parte que montada alrededor del eje metálico asegura la estanqueidad a la atmósfera del fluido.

5-Juntas de cierre: Es la parte que montada alrededor del órgano de cierre (en algunos caso) asegura una estanqueidad mas perfecta del obturador.

6-Cuerpo y Tapa: Partes retenedoras de presión, son el envolvente de las partes internas de las Válvulas.7-Extremos: Parte de la válvula que permite la conexión a la tubería, pueden ser bridados, soldados, roscados, ranurados o incluso no disponer de ellos, es decir, permitir que la válvula se acople a la tubería tan solo por las uniones externas (Wafer).

8-Pernos de unión: Son los elementos que unen el cuerpo y tapa de la válvula entre si. Para asegurar la estanqueidad atmosférica hay que colocar juntas entre estas dos superficies metálicas.

9-Accionamiento: Es el mecanismo que acciona la válvula.

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.

Aplicaciones

Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.

Ventajas

Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento. Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el

vástago y el bonete. Control preciso de la circulación. Disponible con orificios múltiples.

Desventajas

Gran caída de presión. Costo relativo elevado.

Variaciones

Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías.

Materiales

Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos.

Componentes: diversos.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento

Instalar de modo que la presión este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.

Registro en lubricación.

Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.

Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.

Especificaciones para el pedido

Tipo de conexiones de extremo. Tipo de disco. Tipo de asiento. Tipo de vástago. Tipo de empaquetadura o sello del vástago. Tipo de bonete. Capacidad nominal para presión. Capacidad nominal para temperatura.

3.- Válvulas de bola: Son básicamente válvulas de macho modificadas. No son satisfactorias para estrangulación, son de rápida operación de fácil mantenimiento, no requieren lubricación, producen cierre hermético con baja torsión y su caída de presión es función del tamaño del orificio.

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.

4.-Válvula 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° (fig. 1-2).

1.- Alimentador de lubricante

2.- Perno del bonete

3.- Bonete

4.- Perno de la tapa

5.- Tapa

6.- Empaque del vástago

7.- Válvula de retención para el lubricante

8.- Cuerpo

9.- Macho

10.- Junta de cierre

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.

Aplicaciones

Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos. Ventajas Alta capacidad. Bajo costo. Cierre hermético. Funcionamiento rápido.

Desventajas

Requiere alta torsión (par) para accionarla. Desgaste del asiento. Cavitación con baja caída de presión.

Variaciones

Lubricada, sin lubricar, orificios múltiples. Materiales Hierro, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleación 20, Monel, níquel, Hastelloy,

camisa de plástico.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.

12. Describa el procedimiento para calcular las pérdidas de carga en una cañería.

A través de la ecuación de Bernoulli, obteniendo un diferencial de presión.

13. Se tiene un estanque cónico, de un metro de alto, un metro de ancho en su extremo superior, y una abertura de una pulgada en su extremo inferior. Calcule la velocidad de salida de un líquido en función de su densidad específica y su nivel.

A través de la ecuación de Bernoulli y se obtiene como resultado v2=

14. Describa completamente 4 tipos de sensores de nivel.

Medidor manométrico: consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior del tanque. Un instrumento tipo consta de varios accesorios como válvula de cierre para mantenimiento, y un pote de decantación con una válvula de purga. El manómetro mide la presión debida a la altura de liquido h que existe entre el nivel del tanque y el eje del instrumento.

Medidor de membrana: Es un instrumento delicado que ya que cualquier pequeña fuga del air contenido en el diafragma destruirá la calibración del instrumento. Utiliza una membrana conectada con un tubo estanco al instrumento receptor. La fuerza ejercida por la columna de liquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna de liquido.

Medidor de tipo burbujeo: Se utiliza en particular en el caso de líquidos muy corrosivos o con sólidos en suspensión y emulsión, no se recomienda su uso cuando el flujo de purga perjudica al líquido y para fluidos altamente viscosos ya que las burbujas pueden no separarse rápidamente del tubo. Emplea un tubo sumergido en el líquido en el cual se hace burbujear aire mediante un rotatometro con un regulador de caudal incorporado. El regulador de caudal permite mantener un caudal de aire constante a través del líquido independiente del nivel.

Medidor de presión diferencial de diafragma: Es un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. El diafragma forma parta de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma.

15. Como construiría un sistema de adaptación de señal para una celda de carga de 500 ohm que cambia 1 ohm por tonelada, en un rango de 0 a 60 toneladas para que entrega una señal de 4 a 20 mA.

(si entendí bien) la resistencia va desde 500 ohm a 560 ohm, independiente de ello, el rango sería 60 ohm, mientras que el rango de la señal son 16 mA. Está claro que 0 equivale a una señal de 4 mA, mientras que 60 toneladas se representan mediante una señal de 20 mA. Se divide el rango de la señal (16) en el rango de la variable a medir (60), con lo que se obtiene la variación de señal por variación de 1 tonelada. 0,267 (mA/ton) ej.: para 61 toneladas, el valor sería 4,267 mA.

Esto en la práctica es posible con un elemento transmisor, que convierta la corriente del circuito al estándar de 4-20 mA.

16. Describa el funcionamiento de un termómetro de mercurio, una termocupla, un ptc, un ntc.

El termómetro de mercurio basa su funcionamiento en la propiedad de dilatación del mercurio líquido al ser calentado y la contracción al enfriarse, sobre una escala graduada, indica el valor de temperatura medido.

Termocupla o termopar, consiste en la unión de 2 metales, que funcionan bajo el principio de Seebeck, el que indica que al ser calentada una unión de metales, se produce una circulación de corriente (la que genera una fem, o voltaje inducido) proporcional a la diferencia de temperaturas entre la unión de medida y la unión de referencia.

Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Existen dos tipos de termistor:

NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo

PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo

Su funcionamiento se basa en la variación de la resistencia de un semiconductor con la temperatura, debido a la variación de la concentración de portadores. Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por lo que la resistencia será menor, de ahí que el coeficiente sea negativo. Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado.

(En resumen, al aumentar la temperatura: el NTC reduce su resistencia, mientras que el PTC aumenta su R).

17. Como se calibra un instrumento.

Resuelto en 10.

18. Describa en detalle la pirámide CIM

Resuelto en 26.

19. Describa 4 formas de medir una corriente eléctrica.

Por su propia naturaleza, los valores eléctricos no pueden medirse por observación directa. Por ello se utiliza alguna propiedad de la electricidad para producir una fuerza física susceptible de ser detectada y medida.

Instrumento de medición: Galvanómetro, el instrumento de medida inventado hace más tiempo, la fuerza que se produce entre un campo magnético y una bobina inclinada por la que pasa una corriente produce una desviación de la bobina. Dado que la desviación es proporcional a la intensidad de la corriente se utiliza una escala calibrada para medir la corriente eléctrica.

La acción electromagnética entre corrientes: electrodinamómetro, puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte en el mismo momento, la inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido, produciéndose una medición constante de la corriente. Los medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.

Agregar el Efecto Hall y otra que no recuerdo el nombre.

20. Describa el funcionamiento de un encoder.

Un encoder es un codificador rotatorio, también llamado codificador del eje, suele ser un dispositivo electromecánico usado para convertir la posición angular de un eje a un código digital, lo que lo convierte en una clase de transductor. Son utilizados para controlar desplazamientos ya sea de tipo angular como lineal, los receptores tienen la misión de detectar esta variaciones y convertirlas en variaciones eléctricas.Es decir convierte un dato que está en código no binario a código binario que funciona en base a compuertas not en sus entradas y salidas, estas últimas se pueden conectar a un decoder (lo contrario de un encoder) para que luego se pueda conectar a un display y hacer la lectura y análisis de ellas.

21. Describa el funcionamiento de un resolver.

Captadores angulares de posición (sincro-resolvers).

Un resolver es un tipo de sensor de posición angular, parecido al encoder, pero que proporciona posición absoluta analógica (el encoder es digital y puede ser absoluto o incremental). Se trata de una bobina excitadora que alimenta a otras dos bobinas desfasadas 90 grados, la componente que cada una de las dos bobinas recibe es proporcional a la posición angular del rotor. Se usa, evidentemente, para conocer la posición angular de un motor o eje al que se acopla. La ventaja es que da una salida en valor absoluto y que la precisión no depende del resolver, que es analógico, sino del convertidor AD al que se acopla.

Los resolver suelen usarse en robots o sistemas donde hace falta una y alta precisión angular, para cosas más sencillas es mucho mejor un encoder. Aunque en precisión tienen muchas ventajas son difíciles de usar por el tema de la conversión AD, que además de tener bastantes bits ha de ser muy rápida.

El funcionamiento de los resolvers se basa en la utilización de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, generalmente con 400Hz, y por dos bobinas fijas situadas a su alrededor. El giro de la bobina móvil hace que el acoplamiento con las bobinas fijas varié, consiguiendo que la señal resultante en estas dependa del seno del ángulo de giro. La bobina móvil excitada con tensión Vsen(wt) y girada un ángulo Ø induce en las bobinas fijas situadas en cuadratura las siguientes tensiones: V1=Vsen(wt)sen Ø

V2=Vsen(wt)cos Ø

Para poder tratar el sistema de control, la información generada por los resolvers y los sincros es necesario convertir las señales analógicas en digitales. Para ello se utilizan los llamados convertidores resolver/digital (r/d), que tradicionalmente se basan en dos tipos de estructuras distintas: traking y muestreo (sampling). Entre sus ventajas destacan su buena robustez mecánica durante el funcionamiento y su inmunidad a contaminación, humedad, altas temperaturas y vibraciones.

22. Describa el efecto hall y cuatro aplicaciones de medida diferentes.

Cuando por una placa metálica circula una corriente eléctrica y ésta se halla situada en un campo magnético perpendicular a la dirección de la corriente, se desarrolla en la placa un campo eléctrico transversal, es decir, perpendicular al sentido de la corriente. Este campo, denominado Campo de Hall, es la resultante de fuerzas ejercidas por el campo magnético sobre las partículas de la corriente eléctrica, sean positivas o negativas.

Este fenómeno tiene dos consecuencias principales. La primera es que la acumulación de cargas en un lado de la placa, en el campo así creado, implica que el otro lado tiene una carga opuesta, creándose entonces una diferencia de potencial; la segunda es que la carga positiva posee un potencial superior al de la carga negativa. La medida del potencial permite, por tanto, determinar si se trata de un campo positivo o negativo.

En la mayor parte de los metales, la carga es negativa, pero en algunos metales como el hierro, el zinc, el berilio y el cadmio es positiva, y en los semiconductores es positiva y negativa al mismo tiempo. Hay una desigualdad entre los intercambios negativos y los positivos; también en este caso, la medida del potencial permite saber cuál domina, el positivo o el negativo.

Los sensores basados en efecto Hall suelen constar de un elemento conductor o semiconductor y un imán. Cuando un objeto ferromagnético se aproxima al sensor, el campo que provoca el imán en el elemento se debilita. Así se puede determinar la proximidad de un objeto, siempre que sea ferromagnético.

Aplicaciones:

- Sensores de posición del cigüeñal (CKP).

Industria automotriz. En la industria del automóvil el sensor Hall se utiliza de forma frecuente, ej. en sensores de posición del cigüeñal (CKP) en el cierre del cinturón de seguridad, en sistemas de cierres de puertas, para el reconocimiento de posición del pedal o del asiento, el cambio de transmisión y para el reconocimiento del momento de arranque del motor. La gran ventaja es la invariabilidad frente a suciedad (no magnética) y agua

Sensores de posición del cigüeñal (CKP), es utilizado, en motores equipados, con el sistema DIS (sistema de encendido directo). Opera con el Hall-effect switch, monitorea la posición del cigüeñal, y envía la señal al modulo de encendido indicando el momento exacto en que cada pistón alcanza el máximo de su recorrido, ( TDC ) . Frecuentemente se encuentra ubicado en la parte baja del motor, al lado derecho cerca de la polea del cigüeñal. [Incrustado en el bloque de cilindros, o a un lado de la polea principal].

- Sensor Hall o sonda Hall.

Si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo magnético que fluye en dirección vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente. Si se conoce el valor de la corriente, entonces se puede calcular la fuerza del campo magnético; si se crea el campo magnético por medio de corriente que circula por una bobina o un conductor, entonces se puede medir el valor de la corriente en el conductor o bobina.

Si tanto la fuerza del campo magnético como la corriente son conocidas, entonces se puede usar el sensor Hall como detector de metales.

Los sensores Hall se producen a partir de finas placas de semiconductores, ya que en ella el espesor de los portadores de carga es reducido y por ello la velocidad de los electrones es elevada, para conseguir un alto voltaje de Hall.

23. Como opera una electro válvula.

Principio de Operación: El la figura 7.2 pueden apreciarse las partes principales ya integradas de una válvula de solenoide típica. La aguja de la válvula está unida mecánicamente a la parte inferior del émbolo. En esta válvula en particular, cuando se energiza la bobina, el émbolo es levantado hacia el centro de la bobina, levantando la aguja del orificio donde está sentada, permitiendo así el flujo. Cuando se desenergiza la bobina, el peso del émbolo hace que caiga por gravedad y cierre el orificio, deteniendo el flujo. En algunos tipos de válvulas, un resorte empuja el émbolo para que cierre la válvula; esto permite que la válvula pueda instalarse en otras posiciones diferentes a la vertical.

24. Como construiría usted un sistema automático para el seguimiento del sol. Dibuje un esquema.

Nota: este esquema lo hizo el profesor, y la variable a controlar es la luz, en los casos en que no se cuente con una letra para la variable se utiliza la letra X. Por ejemplo el controlador es XC (controlador de luz) y en el sensor podría ser un XI (indicador de luz), también se utiliza un motor que tiene como labor mover al actuador (un brazo que capta la luz).

25. buses de campo y explique cuáles son sus diferencias.

Debido a la falta de estándares, diferentes compañías han desarrollado diferentes soluciones, cada una de ellas con diferentes prestaciones y campos de aplicación. En una primera clasificación tenemos los siguientes grupos:

3.1. Buses de alta velocidad y baja funcionalidad

Están diseñados para integrar dispositivos simples como finales de carrera, fotocélulas, relés y actuadores simples, funcionando en aplicaciones de tiempo real, y agrupados en una pequeña zona de la planta, típicamente una máquina. Básicamente comprenden las capas física y de enlace del modelo OSI, es decir, señales físicas y patrones de bits de las tramas. Algunos ejemplos son:

CAN: Diseñado originalmente para su aplicación en vehículos.SDS: Bus para la integración de sensores y actuadores, basado en CANASI: Bus serie diseñado por Siemens para la integración de sensores y actuadores.

3.2. Buses de alta velocidad y funcionalidad media

Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envío eficiente de bloques de datos de tamaño medio. Estos mensajes permiten que el dispositivo tenga mayor funcionalidad de modo que permite incluir aspectos como la configuración, calibración o programación del dispositivo. Son buses capaces de controlar dispositivos de campo complejos, de forma eficiente y a bajo costo. Normalmente incluyen la especificación

completa de la capa de aplicación, lo que significa que se dispone de funciones utilizables desde programas basados en PCs para acceder, cambiar y controlar los diversos dispositivos que constituyen el sistema. Algunos incluyen funciones estándar para distintos tipos de dispositivos (perfiles) que facilitan la inter-operbilidad de dispositivos de distintos fabricantes. Algunos ejemplos son:

DeviceNet: Desarrollado por Allen-Bradley, utiliza como base el bus CAN, e incorpora una capa de aplicación orientada a objetos.LONWorks: Red desarrollada por Echelon.BitBus: Red desarrollada por INTEL.DIN MessBus: Estándar alemán de bus de instrumentación, basado en comunicación RS-232.InterBus-S: Bus de campo alemán de uso común en aplicaciones medias.

3.2. Buses de altas prestaciones

Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de todos los niveles de la producción CIM. Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunos presentan problemas debido a la sobrecarga necesaria para alcanzar las características funcionales y de seguridad que se les exigen. La capa de aplicación tiene un gran número de servicios a la capa de usuario, habitualmente un subconjunto del estándar MMS (Manufacturing Message Specification). Entre sus características incluyen:

Redes multi-maestro con redundancia.Comunicación maestro-esclavo según el esquema pregunta-respuesta.Recuperación de datos desde el esclavo con un límite máximo de tiempoCapacidad de direccionamiento unicast, multicast y broadcast,Petición de servicios a los esclavos basada en eventos.Comunicación de variables y bloques de datos orientada a objetos.Descarga y ejecución remota de programas.Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente con procedimientos de autentificación.Conjunto completo de funciones de administración de la red.

Algunos ejemplos son:ProfibusWorldFIPFieldbus Foundation

3.4. Buses para áreas de seguridad intrínseca

Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con los requisitos específicos de seguridad intrínseca en ambientes con atmósferas explosivas. La seguridad intrínseca es un tipo de protección por la que el componente en cuestión no tiene posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante. Un circuito eléctrico o una parte de un circuito tienen seguridad intrínseca, cuando alguna chispa o efecto térmico en este circuito producidos en las condiciones de prueba establecidas por un estándar (dentro del cual figuran las condiciones de operación normal y de fallo específicas) no puede ocasionar una ignición. Algunos ejemplos son HART, Profibus PA o WorldFIP.

26. Describa en detalle el concepto de CIM y la pirámide CIM.

El modelo CIM es una herramienta, que describe la visión y arquitectura de la manufactura integrada por computadora a la dirección de la organización, que puede ser a su vez comunicada en áreas funcionales y operacionales, a técnicos y científicos que proveen planes lógicos para que la visión de CIM pueda ser implementado físicamente.

El modelo CIM se deriva de la “empresa CIM” desarrollada por la Asociación de sistemas computarizados automatizados (consejo técnico de la sociedad de ingenieros de EU).

Este concepto describe los sistemas generales de negocios, lee áreas de producción y los sistemas que los Integran a la empresa.

Existe una jerarquía de control en los ambientes manufactureros, en la cual hay 5 niveles principales que se detallan a continuación:

1. Control de máquinas (PLCs) 2. Control de celdas 3. Computador de área 4. Computador de planta 5. Computador corporativo

El nivel más bajo (1) consiste en productos basados en microprocesadores que controlan directamente las máquinas.

En el segundo nivel, varias máquinas trabajan en conjunto, y aunque cada una de ellas trabaja con su propio control, existe un computador central que las maneja.

El tercer nivel monitorea operaciones de un área de la planta, por ejemplo, una línea de ensamblado o una línea de soldadura robotizada. El computador de planta sirve más para funciones administrativas, puesto que a pesar de que la planeación debe hacerse a distintos niveles, siempre existe alguien que los autoriza y divide las labores en la planta.

Finalmente, y al tope de la jerarquía de control, encontramos el computador corporativo, dentro del cual reside la base de datos y los programas financieros y administrativos de la empresa. Una de las más importantes funciones de este computador es organizar la base de datos, de tal manera que ella pueda ser fácilmente manejada y guardada.

Pirámide

0) Nivel de Proceso.

- Control directo de las máquinas y sistemas de producción.

- Sensores, actuadores, instrumentos de medida, máquinas de control numérico, etc.

- Cableado tradicional o Buses de Sensores y Actuadores o Buses de Campo.

. 1) Nivel de Campo.-

- Control individual de cada recurso.- PLCs de gama baja y media, sistemas de control numérico, transporte automatizado, etc- Se utilizarán las medidas proporcionadas por el nivel 0 y se darán las consignas a los actuadores y

máquinas de dicho nivel.

2) Nivel de Célula.-

- Sistemas que controlan la secuencia de fabricación y/o producción (darán las consignas al nivel de campo).

- En este nivel se emplean PLCs de gama media y alta, PCs Industriales, etc.

3) Nivel de Planta.-

- Órgano de diseño y gestión en el que se estudian las órdenes de fabricación y/o producción que seguirán los niveles inferiores.

- Suele coincidir con los recursos destinados a la producción de uno o varios productos similares (secciones).

- Se emplean PCs, estaciones de trabajo, servidores de bases de datos y backups,...

4) Nivel de Factoría.-

- Gestiona la producción completa de la empresa.- Comunica distintas plantas.- Mantiene las relaciones con los proveedores y clientes.- Proporciona las consignas básicas para el diseño y la producción de la empresa.- Se emplean PCs, estaciones de trabajo y servidores de distinta índole.

Otra respuesta:

Análisis de la pirámide CIM

En el primer nivel se encuentran los actuadores, sensores, motores, robots etc. Siendo estos los actuadores del proceso pues estos ejecutan las órdenes mandadas del nivel intermedio de la pirámide. En este nivel se encuentran los dispositivos que son programables y hacen que los actuadores trabajen y lo hagan de forma conjunta, a la vez estos mismos son los que analizan y controlan el funcionamiento de estos mismos. En el último nivel (nivel de los ingenieros civil industrial) es un tema de planificación y control de

la gestión que se realiza en la industria.donde se encuentran los controladores, estos dispositivos son programables y permiten que los actuadores y sensores funcionen de forma conjunta para ser capaces de realizar el proceso industrial deseado.

Figura 1: Pirámide de la automatización