Download - SEMANA 3 Control Automatico
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA ESCUELA DE INGENIERIA EN ENERGIA
CONTROL AUTOMATICOSEMANA 3 (24/09/2012)
I. CONTENIDO
1.DEFINICIONES BASICAS DE CONTROL AUTOMATICO
2.MEDIDAS DE NIVEL
3.PRACTICA N 03
II. OBJETIVO
Conocer algunas definiciones de control automático e Identificar los medidores
de Nivel mediante la teoría y la inspección del Equipo de control de Procesos.
III. BIBLIOGRAFIA
J. ACEDO SANCHEZ, Año 2003 Control Avanzado de Procesos. Cap. 1 y 2
EDIBON S.A. Año 2001 Manual para el control de la Temperatura, Presión,
Caudal y Nivel
1. DEFINICIONES BASICAS
De acuerdo a nuestra experiencia de la práctica, podemos ampliar algunas
definiciones tomando como ejemplo el control del caudal en el equipo EDIBON.
Nuestro SISTEMA es el inicio y final de la tubería donde quiero mantener un caudal
de 2 litros/minuto. El PROCESO es el suministro de agua al tanque superior a un
caudal de 2 litros/minuto mediante la tubería. La PLANTA o EQUIPO se refieren a la
tubería.
La VARIABLE DEL SISTEMA es el CAUDAL
El MEDIDOR es el caudalímetro de 0-10 litros/ minuto.(Elemento Primario)
El CONTROLADOR es el alumno que toma la decisión, lee el valor del caudal, lo
compara con un valor deseado o de entrada (1.5 litros/minuto) y actúa sobre la
válvula manual o bomba AB-2
El ACTUADOR es la válvula manual que regula el flujo o la bomba que activa el
flujo.
SISTEMA
PROCESO
PLANTA,
EQUIPO
SalidaEntrada
SISTEMA, PROCESO, PLANTA,
EQUIPO, puede referirse a lo
mismo, en algunos casos es parte
física o una actividad. La figura es
una representación del control
automático mediante bloques
1. DEFINICIONES BASICASDe manera similar de acuerdo a nuestra experiencia de la práctica, podemos ampliar
algunas definiciones tomando como ejemplo el control de la PRESION.
Nuestro SISTEMA es el tanque donde quiero mantener una presión de 70 mmH2O.
El PROCESO es el mantenimiento de agua en el tanque superior. La PLANTA o
EQUIPO se refieren al tanque.
La VARIABLE DEL SISTEMA es el CAUDAL
El MEDIDOR es el SENSOR DE PRESION
El CONTROLADOR es el alumno, es el que toma la decisión, lee el valor de la
presión, lo compara con un valor deseado o de entrada (80 mmH2O) y actúa sobre la
válvula manual, electroválvulas AVS-2, AVS-3 o bomba AB-2.
El ACTUADOR es la válvula manual , electroválvulas o la bomba que activa el flujo.
Al sistema formado por el medidor, controlador y actuador se le conoce como
SISTEMA DE CONTROL
SISTEMA
PROCESO
PLANTA,
EQUIPO
SalidaEntradaLa figura es el DIAGRAMA DE
BLOQUES del control. Es un
control Semiautomático, debido que
existe un equipo de medición y el
Operador. Si no existiese equipo de
medición, es un Control Manual.
Luego veremos que el Controlador
será la UCP, entonces será un
Control Automático.
SISTEMA DE
CONTROL
2. MEDIDAS DE NIVELAutorregulación. La autorregulación es una reacción inherente a un proceso que
ayuda al establecimiento del equilibrio o estado estacionario del mismo. Se dice
que un proceso es autorregulado cuando, partiendo de una situación de equilibrio,
alcanza un nuevo estado de equilibrio después de cualquier variación de carga,
entendiendo por carga la cantidad de materia y energía necesarios para mantener
el equilibrio.
El intercambiador de la Figura es autorregulado. Manteniendo constante la entrada
de vapor, si se modifica la apertura de la válvula de entrada de agua fría (carga), la
temperatura del agua caliente se estabilizará en un nuevo valor. Por el contrario, el
proceso de nivel de la Figura no es autorregulado. Manteniendo constante la salida
por medio de la bomba, una variación en la apertura de la válvula de entrada
(carga), perturba el nivel de forma importante, llegando a desbordarse o bien
quedar vacío el recipiente.
El cambio en la medida de nivel se
realizará en forma de rampa
ascendente o descendente a una
velocidad que depende de la
perturbación creada por la válvula
de entrada. Este mismo sistema
puede ser autorregulado si se
agrega una válvula en la salida,
que sustituye la bomba.
2. MEDIDA DE NIVELCapacitancia. Es el cambio necesario de materia o de energía para realizar un
cambio unitario en una variable de referencia. Por ejemplo, la capacitancia de
volumen en un tanque abierto con respecto a la altura hidrostática, es el cambio en
volumen de líquido almacenado por unidad de cambio de altura, lo cual es
equivalente al área de la superficie de líquido.
Capacitancia = Volumen = Superficie de líquido
h
Cuanto mayor es la capacitancia, menor altura de nivel ha de moverse para
desplazar un mismo volumen. Como consecuencia, cuanto menor sea la
capacitancia más ruido tendrá la medida de nivel.
2. MEDIDA DE NIVELModelo Matemático del Sistema. En el
sistema mostrado en la Figura, la salida de
líquido es constante al depender de la bomba,
mientras que el caudal de entrada se puede
manipular. La velocidad de cambio de volumen
(v), contenido en el recipiente, es igual a la
diferencia entre los caudales de entrada (Fe) y
salida (Fs). El modelo matemático es el
siguiente:
dv = Fe-Fs
dt
Integrando para obtener el volumen tenemos, V= ∫(Fe-Fs)dt
Si el tanque es vertical con área interior uniforme y V es su capacidad total, la
altura de líquido correspondiente al nivel será h = v/V
De las dos expresiones anteriores podemos obtener h= 1 ∫(Fe-Fs)dt
la altura de nivel como : V
El nivel en el tanque se debe controlar manualmente ajustando la posición de la
válvula de entrada. Si la apertura de válvula es ligeramente superior o inferior al
equilibrio con la salida, el tanque se desbordará o quedará vacío.
2. MEDIDAS DE NIVEL
Esta característica es la denominada falta de autorregulación y significa que el
proceso de integración no se puede equilibrar por sí mismo, o lo que es igual,
carece de estado estacionario. Los procesos no autorregulados no pueden ser
desatendidos durante largos períodos de tiempo si no se dispone de control
automático. Por el contrario, los procesos autorregulados, como el caso del
intercambiador de calor o el depósito sin bomba, son fácilmente controlables.
En la figura muestra la relación Δh y V/F, donde F es el mismo caudal que deja
pasar las válvulas de entrada y salida y es equivalente al tiempo
2. MEDIDAS DE NIVEL2.1 Medidores locales de nivel con cristales de reflexión
Se utilizan normalmente en recipientes cerrados en los que la presión es muy
superior o muy inferior a la atmosférica. La presión máxima de trabajo suele estar
en torno a 400 kg/cm2 y la temperatura máxima alrededor de 300 °C. Ejemplo
Calderines de Vapor
Los cristales de reflexión son prismas de vidrio templado, de sección rectangular
provistos de estrías longitudinales. Las estrías tienen sección rectangular y su
objeto es el de hacer visible el nivel, incluso cuando el fluido de proceso sea
incoloro o transparente. Los cristales del nivel están aprisionados, mediante
tornillos, en una caja de acero
2. MEDIDAS DE NIVEL2.2 Medidas de nivel utilizando desplazador
Se basa en el principio de Arquímedes, establece que un cuerpo sumergido en un
líquido es empujado hacia arriba con una fuerza igual al peso del volumen de
líquido desplazado. Si consideramos la Figura y se mide la diferencia en peso de
un elemento parcialmente sumergido a diferentes grados de profundidad, se puede
determinar el nivel de líquido en el que se encuentra sumergido el desplazador. La
siguiente ecuación es útil para determinar la fuerza ejercida por el desplazador
donde:
F = Fuerza total ejercida
Lm = Altura de nivel a medir
P = Peso del desplazador
Lz = Altura de nivel respecto al
fondo
V = Volumen del desplazador
H = Longitud del desplazador
ρ = Densidad del líquido
2. MEDIDAS DE NIVEL2.3 Medidor de desplazador con tubo de torsión
Aunque existen desplazadores con diversas formas geométricas, tales como
cilíndricos, esféricos, etc., en este apartado se muestra como ejemplo un tipo de
medidor cuyo desplazador es cilindrico. Este tipo de medidor, que aparece en la
Figura se basa en el principio de Arquímedes. El desplazador está suspendido de
un brazo conectado al sistema de torsión y su peso es superior al máximo empuje
ascendente que puede recibir del líquido en el que se encuentra sumergido. El
brazo de torsión está diseñado para rotar una cantidad específica por cada cambio
en el empuje, siendo insensible a los cambios de presión en el recipiente.
2. MEDIDAS DE NIVEL2.4 Medidas de nivel por presión diferencial
El sistema no mide el nivel de líquido sino la presión ejercida y, como la presión es
proporcional a la altura de columna de líquido, el medidor «infiere» la posición
actual del nivel. Utiliza la f´rmula H = P/ρ, P = Presión del líquido , ρ = densidad
La Figura muestra un tanque abierto, es decir, a presión atmosférica, con una
instalación típica para la medida de nivel.
El transmisor tiene conectada la rama positiva en el lado de alta presión (AP) y la
rama negativa en el lado de baja presión (BP). La presión diferencial que mide el
transmisor será:
2. MEDIDAS DE NIVEL2.4 Medidas de nivel por presión diferencial
El sistema se trata de un recipiente cerrado, como el de la Figura y la superficie de
líquido contenido en el recipiente está sometida a presión estática superior a la
atmosférica, esta presión se suma a la carga hidrostática, por lo que se debe
utilizar un método que compense el valor de esa presión.
Por otro lado, en ocasiones no es posible montar el transmisor con la rama positiva
a la misma altura que la toma de alta presión, siendo necesario montar el
transmisor en posición más baja que la toma de alta presión para llevar a cabo
labores de mantenimiento. El tipo de montaje que se utiliza para esta situación es
el que aparece en la Figura, el cual compensa además la presión estática al tener
conectada la rama negativa a la zona de gas del recipiente
El sistema es un ejemplo de
medir el nivel de tanques
cerrados de GLP
2. MEDIDAS DE NIVEL2.4 Medidas de nivel por presión diferencial
un sistema de medida de nivel interfase entre dos líquidos como pueden ser gas
licuado de petróleo (LPG) y agua de proceso, con un montaje como el de la Figura,
el cual representa la «bota» de un acumulador. En este caso nos interesa conocer
el nivel de agua decantada en el recipiente, es decir, el nivel de líquido más denso.
Hay que hacer notar que aunque el transmisor pueda ser situado por debajo de la
toma inferior, la rama positiva se llena del líquido más denso, por desplazamiento
del más ligero. Por otro lado, la rama negativa ha de ser llenada con el líquido más
denso para efectuar el sellado de la misma.
2. MEDIDAS DE NIVEL2.5 Medidas de nivel por borboteo
En depósitos abiertos conteniendo líquidos fangosos, que podrían obstruir las
tomas de presión, la medida de nivel se puede realizar por medio de este método.
Se hace borbotear aire a través del líquido mediante una sonda, y la presión que
se opone al borboteo es proporcional a la altura de líquido «H.
Como ya se ha dicho anteriormente, si la densidad del líquido es constante, la
presión capaz de vencer la columna de líquido en el depósito es:
2. MEDIDAS DE NIVEL2.6 Medidas de nivel por diferencia de temperatura
El sistema de medida de nivel que se muestra en la Figura 3.17 se utiliza en
productos sucios, parafinosos o pesados, tales como fondos de columnas de
destilación a vacío, fraccionadoras en unidades de FCC Coquer, etc., donde es
problemática la medida de nivel con sistemas de desplazador, presión diferencial o
cualquier otro sistema. Cuando el termopar no está bañado por el producto, al ser
más corto que el tubo de conexión al recipiente, indicará la temperatura ambiente
de ese tramo de tubo, lógicamente más baja que la del producto. Al ascender el
nivel en el recipiente, el gran tamaño del tubo curvado permite al producto fluir
hacia arriba hasta alcanzar el tramo horizontal donde está situado el termopar. La
indicación de temperatura corresponderá en este momento a la del producto.
2. MEDIDAS DE NIVEL2.7 Interruptores de Nivel
La Figura muestra un interruptor que se acciona en función del nivel cuyo montaje
debe realizarse en la parte superior del recipiente. El principio de operación es
muy simple. El interruptor se acciona por medio de un sistema de material
magnético actuado por el flotador. El interruptor y el imán están sujetos a un brazo
basculante.
2. MEDIDAS DE NIVEL2.8 Medidas de Nivel en Calderines de Vapor
Se emplean dos tipos:
De Cristales de reflexión y de Presión Diferencial, tal como se muestra en la figura
2.9 Medidas de Nivel de Sòlidos
Aunque existen diversos tipos de medidores de nivel de sólidos, como son los de
tipo capacitivo, ultrasonidos, proximidad y del tipo radiactivo como por ejemplo
para medida de nivel de carbón en las cámaras existentes en las unidades de
coquización retardada.
3. PRACTICA
N° 03