Laboratorio 1 Instrumentacion y Control de Procesos

UNMSM

Instrumentación y control de procesos

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

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ri c a Universidad del Perú, Dec an a d e A m é

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

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LABORATORIO DE OPERACIÓN DE PROCESOS UNITARIOS

Práctica N°1

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TEMA: Instrumentación y control de procesos.

HORARIO:

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INTEGRANTES: PROFESOR: FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 11 de abril del 2014

Ciudad Universitaria, 24 de abril del 2014.

Laboratorio de Operación de Procesos Unitarios

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INDICE

Contenido I.

RESUMEN ....................................................................................................................... 1

II.

INTRODUCCIÓN............................................. ..................................................... ............ 1

III.

OBJETIVOS.................................................. ..................................................... ............ 1

IV.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS ................................................... ...................................... 2

4.1.

Control de procesos ................................................................................................ 2

4.2. Ciclo de control de procesos ................................................. ...................................... 2 Proceso .................................................................................................................... 2 Sensor ...................................................................................................................... 3 Controlador ............................................................................................................. 3 Actuador ..................................................................................... ............................. 3 V.

PROCEDIMIENTO..................................................... .................................................... ... 4

VI.

CONCLUSIONES ....................................................................................... .................... 7

VII.

RECOMENDACIONES..................................................... .............................................. 7

VIII.

BIBIOGRAFÍA ........................................................................................... .................... 8

IX.

ANEXOS ....................................................................................................................... 9


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I.

RESUMEN

En este informe explicaremos lo observado y analizado en los módulos del laboratorio en el CEMA, en este caso a nuestro grupo le toco el análisis del módulo de Presión (que grupo y que modulo éramos n me acuerdo), lo realizado en este laboratorio nos enseña a explicar y conceptualizar las características de cada módulo y el funcionamiento adecuado de cada una de ellas, así como las normas de precaución que se debe seguir al realizar nuestro trabajo en los módulos.

II.

INTRODUCCIÓN

Todo estudiante necesita tener conocimiento del control de procesos y el lugar que ocupa en una fábrica. Para poder así tener un conocimiento y el lugar en que han de aplicarse durante los procesos en la producción donde se transforma la materia prima en un bien final de consumo, en los cuales se debe tener cuidado con ciertos elementos como la temperatura, presión, el caudal y otras variables que influyen en el desarrollo óptimo del proceso. La importancia que exige un control adecuado de estas variables (presión, temperatura, caudal, etc.) de desarrollo determinara la calidad óptima o pésima, lo cual exige un riguroso control sobre estas variables.

III. 

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OBJETIVOS

Saber reconocer los tipos de indicadores en los o Módulos de Operaciones del laboratorio Reconocer los elementos del proceso (sensor, controlador, actuador) Verificar el buen funcionamiento de los sensores, controladores y actuadores de presión.


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Aprender a tener conocimiento sobre los riesgos que implica el manejo de un Módulo de Operación y las consecuencias de un manejo inadecuado.

IV. 4.1.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Control de procesos

Consiste en medir resultados y verificar con respecto a las especificaciones. Según la situación, puede realizarse con todo el resultado o sólo sobre muestras tomadas frecuentemente. Este segundo caso se denomina Control Estadístico de Procesos. Las medidas efectuadas se llevan a un gráfico que permite visualizar el estado del proceso y tomar decisiones. Premisas de análisis en el control de procesos: 1. La calidad medida de un resultado de un proceso siempre está sujeta a una cierta cantidad de verificación debido al azar. 2. Un sistema estable de causas aleatorias siempre se presenta en cualquier método de producción y en la realización de pruebas de calidad. 3. La variación dentro del sistema productivo es inevitable, por ello la variación asignable se debe detectar y eliminar. 4.2. Ciclo de control de procesos 

Proceso

Un proceso de fabricación es el conjunto de operaciones unitarias necesarias para modificar las características de las materias primas. Dichas características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética. Se realizan en el ámbito de la industria. Para la obtención de un determinado producto serán necesarias multitud de operaciones individuales de modo que, dependiendo de la escala de observación, puede denominarse proceso tanto al conjunto de operaciones desde la extracción de los recursos naturales


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necesarios hasta la venta del producto como a las realizadas en un puesto de trabajo con una determinada máquina/herramienta.

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Sensor

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. 

Controlador

Es un dispositivo encargado del procesamiento y análisis de la información proveniente del sensor para tomar una decisión que luego enviara en forma de señal eléctrica al actuador por medio del mando de potencia. 

Actuador

Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.


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V.

PROCEDIMIENTO

El primer laboratorio consistió en el reconocimiento de los equipos que son parte del sistema de control de procesos que se encuentran en el CEMA. En esta planta se realiza el control de variables como el caudal, presión y temperatura, dicho control se puede realizar de manera manual o automática. Para el control de dichas variables se cuenta con un módulo respectivo y en cada uno de ellos se utiliza software de adquisición, control y supervisión de datos (SCADA), un controlador (PLC) para el control de procesos previamente configurado con un algoritmo PID (Proporcional-Integral-Derivativo); un panel visual de control y un panel de control HMI (Interfaz Hombre Máquina). En el sistema se realiza el control de las variables de un fluido que circula a través de las tuberías impulsados por una bomba, también se cuenta con válvulas manuales, automáticas y un mecanismo de control incorporado de acuerdo a la variable que se regula. Hay 3 equipos, uno que controla la presión, otro que controla el caudal y otro que controla la temperatura. Cada equipo está constituido por un sensor, un indicador, un actuador y un controlador. El control puede ser manual o automático.

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FIG.5.1. AQUÍ PODEMOS OBSERVAR AL PROFESOR INDICANDO LAS FUNCIONES DE CADA PARTE DEL MÓDULO.

FIG.5.2. PARTE INTERNA DEL MÓDULO


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FIG.5.3. TANQUE Encargado de acumular la presión (en este caso de aire). Es en el tanque en donde ocurre todo el proceso físico del control de presión. El ingreso de aire al tanque incrementa la presión en el mismo, y la salida de aire reduce la presión dentro del tanque.

FIG.5.4. PRESOSTATO El presostato también es conocido como interruptor de presión. Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido. El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja un resorte empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan.


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VI.

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los laboratorios y los posteriores informes se orientan que teniendo las herramientas se puede y deben aplicarse soluciones en el control de procesos. Un control automatizado nos permite la posibilidad de gobernar varias máquinas con un solo sistema autómata. Cada uno de los módulos tienen semejanza, lo único diferente es el sensor. Cualquier incidencia dentro del proceso, es captado por los sensores sin la necesidad de que sean captados por nuestros sentidos. El control de procesos automatizado disminuye al mínimo el esfuerzo físico del operario, ya que el trabajo es realizado por los actuadores siendo el operario supervisor de que cualquier percance en el proceso. Además de los mecanismos de control se cuenta con interruptores para casos de emergencia.

VII. 

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CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

Revisar si las llaves de las tuberias se encuentran en paralelo o perpendicular, ya que esto indica si está aberta o cerrada. Revisar siempre el botón de emergencia, este nos indicara el grado de complicación del proceso. Tener cuidado con el manejo de las llaves de fuga,ya que una mala manipulacion podria ocasionar una fuga o daños al trabajador si se trabaja con sustancias toxicas. Para evitar pérdidas de fluidos y posibles errores se debe verificar el estado de las válvulas manuales. Otra sugerencia es hacer uso de las alarmas que tiene cada módulo para advertir cuando hay algún problema, como nivel de agua por debajo del sensor, etc.


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VIII. BIBLIOGRAFÍA FILDER, R.M. ROUSSEAU R.W. “PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS PROCESOS QUÍMICOS”, EDIT. EL MANUAL MODERNO S. A. MÉXICO 1990. RASE H.Y. BARROE M. “INGENIERÍA DE PROYECTO PARA PLANTAS DE PROCESOS”, EDIR. CONTINENTAL MÉXICO 1984.

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CARLOS A. SMITH” CONTROL AUTOMÁTICO DE PROCESOS: TEORÍA Y PRÁCTICA.”

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JOSÉ MARÍA CLEMENT. ”INTRODUCCIÓN AL CONTROL E INSTRUMENTACIÓN.”

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INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL. http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema1_trasp.pdf SISTEMA DE CONTROL DE LA PRESIÓN http://www.petersime.com/es/tecnologias/gestion-de-energia/sistemas-decontrol-de-la-presion/ EDIBON EQUIPAMIENTO DIDACTICO TECNICO http://www.edibon.com/products/catalogues/es/units/thermodynamicsthermote chnics/heatexchange/TICC.pdf


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IX.

ANEXOS

CUESTIONARIO: 1. ¿Cuáles son las aplicaciones de este control de procesos en la industria?, defina cinco como mínimo. Detectores de nivel para sólidos y líquidos. Válvulas hidráulicas y neumáticas. Válvulas modulantes o servo-válvulas para fluidos. Transductores de presión, temperatura, PH, flujo, peso, fuerza. Bandas (conveyors) de pesaje en continuo. Módulos de expansión digitales, analógicos y bus de campo. Módulos de expansión digitales, analógicos y bus de campo.

FIG. 9.1 Sistema Scada Supervisor de procesos en planta.


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FIG. 9.2 Sistema Scada de carga de Bultos de periódicos, por medio de bandas transportadoras.


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2. ¿Qué accesorios o instrumentos adicionales se podrían añadir al sistema para calcular pérdidas u otros factores entre los accesorios de las tuberías? Deflectores colocados de forma transversal en la carcasa para dirigir la corriente de agua fría y aumentar al máximo la transferencia de calor. Sensores de temperatura para medir la temperatura del agua fría (entrada, salida y puntos Intermedios). Sensores de temperatura para medir la temperatura del agua caliente (entrada, salida y puntos intermedios). 3.

¿Con qué tipo de fluidos se pueden trabajar en este módulo?

Se puede usar fluidos como el agua, lácteos y aquellos fluidos que no representen un peligro para los responsables de realizar el laboratorio en los módulos del CEMA ya sea por su toxicidad o por ser altamente reactivos, debido a que son laboratorios de conocimiento básico del control de procesos y no es necesario trabajar con estos elementos como el ácido clorhídrico 4. ¿Qué datos son necesarios para calcular la velocidad de succión y descarga del fluido?, ¿Cómo se puede hacer variar estos valores y la diferencia entre ellos? 

        H es la pérdida de carga en metros de columna de líquido (m.c.l.) f es un coeficiente de fricción adimensional L es la longitud de la tubería, m d es el diámetro interior de la tubería, m v es la velocidad del fluido, m/s g es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) El coeficiente de fricción "f" es función del tipo de flujo y se calcula del modo siguiente: - Si el flujo es laminar (Re ≤ 2000):

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- Si el flujo es turbulento (Re ≥ 4000) o pertenece a la llamada zona de transición (2000
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Dónde: v y d representan las magnitudes ya indicadas ρ es la densidad del fluido, kg/m 3 μ es la viscosidad dinámica del fluido, Pa s

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5. ¿Qué datos son necesarios para calcular la presión de succión y descarga del fluido?, ¿Varían estos valores?, ¿Por qué? Los datos que se necesitan son:

()  

NPSH =   + Hs - Hfs NPSH: carga neta positive de succión Ps

: Presión de succión (en pies)

Pvp : Presión de vapor del fluido (en psi) Hs

: Cargan estática (en pies)

Hfs

: Perdida por fricción a la succión (en pies)

Con respecto a los valores que se muestran en la presión de succión y descarga, si varían. Debido a que hay un flujo cambiante en la entrada y el caudal con el que ingresa y descarga. Estos valores de presión llegaran a ser estables cuando el sistema se encuentre en equilibrio.

6. ¿Es necesario un vacuómetro en el sistema?, ¿Por qué? Si porque es un instrumento de presión de valores menores a la presión atmosférica. Se trata, pues de un manómetro adecuado para mediadas negativas de presiones relativas. Pero más frecuentemente se usa para accesorio para conectarlo al conector de admisión y para dar una indicación de la depresión existente en los conductos. La medida de vacuómetro mide la caída de presión que se produce en los colectores en función de la abertura de la mariposa y del número de revoluciones de motor.


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Un ejemplo donde se ve el uso de este es el modo de obtenerse el consumo de gasolina y evaluarse, en caso de anomalías, la falta de estanqueidad de las válvulas. Un tipo especial de vacuómetro es el dispositivo que a veces se emplea para la sincronización de las mariposas de los motores de varios carburadores. 7. ¿Por qué utilizar una válvula solenoide?, ¿Entre qué valores puede operar? Una válvula solenoide es una válvula eléctrica utilizada para controlar el paso de gas (sistemas neumáticos) o fluidos (sistemas hidráulicos). La apertura o cierre de la válvula se basa en impulsos electromagnéticos de un solonedie (un electroimán) que trabaja junto a un muelle diseñado para devolver a la válvula a su posición neutral cuándo el solenoide se desactiva. Este tipo de válvulas se suelen utilizar en sitios de difícil acceso, en sistemas multi-válvula y en sitios de ambiente peligroso. Las válvulas solenoides ofrecen funciones de apertura o cierre total y no se pueden utilizar para la regulación del flujo de gas o fluido. Los solenoides son muy útiles para realizar acciones a distancia sobre válvulas de control de gas y fluidos. Una vez que se activa el solenoide, la válvula se mantendrá abierta o cerrada, dependiendo del diseño, hasta que se corte la corriente eléctrica y desparezca el campo electromagnético del solenoide. En este momento, un muelle o resorte empuja el émbolo de nuevo hacia su posición original cambiando el estado de la válvula. El hecho de que no se necesite manipulación física directa hace que las válvulas solenoides sean la mejor solución para controlar la entrada o salida de fluidos y gases en sitios de difícil acceso o dónde el entorno puede ser peligroso, como en sitios a altas temperaturas o con productos químicos peligrosos. Además, las bobinas del solenoide se puede cubrir con material ignífugo para hacerlas más seguras para ambientes peligrosos. Una válvula de solenoide eléctrico sólo puede funcionar como dispositivo on/off y no puede ser utilizado para abrir o cerrar la válvula gradualmente en aplicaciones dónde se requiera una regulación más precisa del flujo. En función del uso que se le va a dar a la válvula, se pueden utilizar bobinas capaces de trabajar de forma continua o en ciclos de duración determinada; siendo las de trabajo continuo normalmente más caras. Existen válvulas de solenoide aptas para su uso con corriente alterna, de 24 a 600 voltios, o para su uso con corriente continua, de 12 a 24 voltios.


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8. ¿Cuál es la utilidad de los sensores de nivel?

La medida de nivel es junto con la presión, volumen, velocidad y caudal de gran importancia en hidrografía, hidráulica y en los procesos industriales. Aplicaciones frecuentes son las medidas de los niveles de los estanques y recipientes de todo tipo, en canales, pozos, exclusas, vertederos, etc. Esta medida sirve para determinar el contenido de los tanques para accionar dispositivos de alarma y seguridad en los recipientes a presión, para el accionamiento de válvulas y vertederos en la regulación de las centrales hidroeléctricas, para la determinación de la altura de la lámina en los vertederos de medidas, etc. En la industria química la medida de nivel se requiere para determinar la cantidad exacta de líquidos que hay que administrar en un proceso de mezcla, etc. Finalmente la medición del nivel de fluido en los procesos de destilación, calderas, etc. La medida del nivel puede ser necesaria con mucha o poca precisión, con indicación del nivel instantáneo o con registro continúo de la medida, con medición local o transmisión a distancia de unos centenares o miles de metros. Los sensores de nivel se utilizan para marcar una altura de un líquido en un determinado nivel preestablecido. Generalmente este tipo de sensor funciona como alarma, indicando un sobre llenado cuando el nivel determinado ha sido adquirido o al contrario una alarma de nivel bajo.

9. ¿Cuál es la principal función que cumple el variador de velocidad? Los variadores de velocidad son convertidores de energía encargados de modular la energía que recibe el motor. Otra definición sería son dispositivos que permiten variar la velocidad y la acopla de los motores asíncronos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables.


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Los variadores de velocidad son dispositivos electrónicos que permiten variar la velocidad y la cupla de los motores asincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables. Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicación sean: - Dominio de par y la velocidad - Regulación sin golpes mecánicos - Movimientos complejos - Mecánica delicada


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