TRABAJO PRÁCTICO Nº 3 Instrumentación de los sistemas de control

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1 TRABAJO PRÁCTICO Nº 3 Instrumentación de los sistemas de control OBJETIVOS: Conocer las características generales de los instrumentos e interpretar información de catálogos. Aprender una metodología general para seleccionar y eventualmente dimensionar instrumentos y válvulas. Entender el significado y consecuencias de la característica de flujo de una válvula. Incorporar una metodología para la determinación de las acciones de válvulas y controladores. PROBLEMA 3.1 Se dispone de un transmisor de presión manométrica 614G de ABB (se adjunta catalogo 614G_1SG.pdf), codificado 614G-S , que se empleará para medir presión en un proceso industrial. Se calibró el instrumento para medir presiones entre 5000 y kpa. (a) Cuál es el límite mínimo del alcance (LRL)? (b) Cuánto vale rango, el cero y el span de medición? (c) Cuánto vale el máximo error de medición en este caso? (d) Cuál es el valor máximo de presión admisible sin daños irreversibles para el instrumento? (e) Cuál es la señal de salida del instrumento? (f) Cuánto vale la señal de salida cuando la presión es de kpa? Acote el error. (g) Calcule la ganancia del transmisor. (h) Escriba la función de transferencia del instrumento. PROBLEMA 3.2 Se tienen dos transmisores de presión diferencial de las siguientes características: Marca EMC-28 FIX-32 Alcance máximo kpa kpa Salida 4-20 ma 1-5 V Exactitud 0.4 % del Span 0.4% R Tiempo de respuesta al escalón (a) Cuál es más sensible? (b) Cuál es más exacto? (c) Cuál es más rápido? 1 s para alcanzar el 80 % del cambio máximo. 2 s para alcanzar el 95 % del cambio máximo. Página 1/7

2 PROBLEMA 3.3 Se necesita medir e indicar la temperatura del agua de un tanque cuya magnitud se estima que variará entre 20 y 160 C. Se usará una termoresistencia Pt-100 construido según normas DIN que asegura una exactitud de 0.1 % del span. Se va a emplear un indicador/transmisor Omega DP1610.pdf para indicación local y transmitir la señal a un panel de control. A partir de la información técnica indique: (a) Tipos de señales de entrada y de salida del elemento primario. (b) Tipos de señales de entrada y de salida del indicador/transmisor. (c) Rango de calibración del transmisor. (d) El valor de las salidas del sensor y del transmisor cuando la temperatura es de 120 C. (e) Cota del error en la medición del valor anterior (f) Función de transferencia del sistema medidor-transmisor. En el anexo E se adjunta la tabla de Resistencia versus temperatura, Tp3_e.pdf, extraída del Apéndice E del libro: Kerlin T.,Shepard R (1982). Industrial Temperature Measurement, Instrum. Soc. of America, Research Triagle Park, U.S.A, pag PROBLEMA 3.4 Una placa de orificio acusa diferencia de presión de 120 mm columna de agua cuando circula 600 m 3 /hora de un líquido. El transmisor de presión diferencial es electrónico (linealidad ± 0.1 % Span) con salida 4-20 ma y está ajustado con un rango mm c.a. (a) Calcule el máximo caudal que se podrá medir con este dispositivo. (b) Compute la ganancia del sistema de medición (placa de orificio más transmisor) para cualquier caudal. (c) Indique la ganancia del transmisor (en % y ma). (d) Cuál será la salida en ma cuando circula 400 m3/h? Qué porcentaje del span representa? (e) Cuál será el caudal que circula cuando la salida del transmisor es 12 ma? Qué % del span representa? TRANSMISOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL PLACA DE ORIFICIO TOMAS DE PRESIÓN Página 2/7

3 PROBLEMA 3.5 Es necesario medir el nivel de agua (temperatura 20 C) en un tanque abierto a la atmósfera para lo cual se utiliza un transmisor diferencial de presión de rango ajustable, electrónico, señal de salida 4 a 20 ma, dinámica despreciable. (a) Las tomas de alta y baja se ubican a 0.5 y 3.0 m medidas desde el fondo del tanque. Cuál es el rango y span del elemento primario? Cuánto vale el cero? (b) Qué señal indicará el transmisor cuando el nivel sea 1 m? (c) Escriba la función de transferencia del sistema de medición-transmisión. (d) El dispositivo es lineal? (e) Esquematice con un H diagrama en bloques el sistema integrado por los elementos primario y secundario. (f) Realice la gráfica de las señales entrada-salida de los dispositivos. H L PROBLEMA 3.6 Se está analizando si la característica de flujo de la válvula de la figura se modifica cuando se la instala en una línea con una fuerza impulsora total de 16 Psi. F LT LIC LV La válvula tiene una característica de flujo inherente lineal y su coeficiente de flujo vale 100 para apertura máxima.el fluido que circula por la misma es agua. (a) Elija la acción de la válvula y del controlador (b) Represente en un gráfico F/Fmáx en función de la apertura para: (a 1 ) Pérdida de carga en la línea nula (a 2 ) Pérdida de carga en la línea p L ( psi ) F 2 ( gpm ). Página 3/7

4 (c) Calcule el valor de en los casos a 1 y a 2. (d) Complete la siguiente tabla: Caso Alfa Apertura (%) Ganancia de la válvula (g.p.m./%) (a 1 ) (a 2 ) PROBLEMA 3.7 Una válvula de control V-PORT SLEEVELINE está instalada en una línea donde la distribución de presiones que absorbe la línea y la bomba, en función del caudal se muestran en la figura. Los caudales normales máximos y mínimos son 7 y 2 galones por minuto respectivamente. El flujo es turbulento. El fabricante suministró la siguiente información cuando vendió la válvula. Cv máx D (plg) La característica inherente de flujo de la válvula es la mostrada en la gráfica siguiente. Página 4/7

5 (a) Dimensione la válvula. (b) Encuentre el valor de. (c) En qué rango de apertura trabajará la válvula? PROBLEMA 3.8 En un reactor tanque agitado continuo de 600 galones de capacidad (constante) se produce una reacción de primer orden en fase homogénea (constante específica de velocidad de 1.20 min -1 ) en forma isotérmica. Se instaló un lazo de control de composición del reactivo en el seno de la masa reaccionante empleando un sensor lineal. El Ingeniero de Procesos informa que el caudal alimentado se encuentra (en condiciones de estado estacionario) entre 150 y 300 galones por minuto. La válvula de control es globo con un coeficiente de flujo máximo de 135. En esta válvula, cambiando el obturador, se puede obtener distintas característica de flujo. (ver gráfica del fabricante). AC AT Página 5/7

6 El Ingeniero de planta proporcionó los siguientes datos: F - Caudal (gpm) p línea (psi) P impulsión bomba (psi) (a) Calcular el coeficiente α de la instalación. (b) Tabular para cada característica de flujo, el rango de apertura en el que trabajaría para los caudales normales de trabajo. Todas se pueden usar en esta aplicación? (c) Tabular la ganancia en los valores extremos de apertura de trabajo, para los tipos que pueden ser usados en las condiciones de trabajo. (d) Elegir la acción del controlador. (e) Desarrollar el diagrama en bloques del sistema de control. Ubicar las perturbaciones. Página 6/7

7 CONCEPTOS INTRODUCIDOS EN EL TEMA 3 Rango (Range), span, cero de un instrumento. Sobre alcance. Exactitud, Repetibilidad, linealidad, histéresis y banda muerta. Tiempo de respuesta. Señales estandarizadas. Dimensionamiento de válvulas. Cuerpo, actuador. Característica inherente de Flujo. Característica instalada de Flujo. Acción ante falla de válvulas. Normal Cerrada (SAC, Fail Closed). Normal abierta (SAA, Fail Open). Controlador ON OFF. Controlador PID. Acción de controladores. Página 7/7