GUÍA DE LABORATORIO No. 3

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1 Página 1 de 8 PROGRAMA ACADÉMICO: Ingeniería Mecatrónica PLAN DE ESTUDIOS: V ACTA CONSEJO DE FACULTAD: 000 FECHA DE ELABORACIÓN: 14/Octubre/26 : FECHA DE ACTUALIZACIÓN: 1. INFORMACIÓN GENERAL ASIGNATURA: PRÁCTICA DE: ELABORADA POR: INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL SENSORES DE TEMPERATURA JOHAN GUSTAVO PEÑARANDA / CARLOS AUGUSTO LÓPEZ 2. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO La práctica se enfoca en la utilización y caracterización del sensor de temperatura MBT El cual se encuentra dentro de un termopozo MBT 120 para facilidad de desmontaje; el sensor con transmisor incluido emite una señal proporcional a la temperatura del líquido (agua) del tanque de procesos. Existen diversos tipos de elementos para medir la variable de temperatura como son: Termómetro de vidrio. Termómetro bimetálico. Termómetro de bulbo y capilar. Termómetros de resistencia. Termistores. Termopares. Pirómetros de radiación. Aunque cada tipo de sensor tiene sus propias características que los hacen particulares y necesarios para ciertas aplicaciones, MBT 3560 destaca por su robustez y eficiencia, por ello se ve importante enfocar el desarrollo de esta guía en la manipulación de la variable de temperatura de la planta de procesos USTA. 3. COMPETEIAS A FORMAR MEDIANTE LA PRÁCTICA Reforzar y construir conocimientos de instrumentación por medio de la práctica de laboratorio. Reconocer los elementos que forman parte de una planta de procesos por medio de su diagrama de instrumentación y tubería (P&ID). Leer la señal de salida estandarizada de los sensores en la planta procesos USTA. Manipular las variables de temperatura de un líquido mediante los actuadores de la planta de procesos USTA. 1

2 Página 2 de 8 4. TEORÍAS Y COEPTOS QUE SE ABORDARÁN EN LA PRÁCTICA SENSOR DE TEMPERATURA MBT 3560 Imagen 1: Sensor de temperatura MBT3560 Fuente: Autores. Es un sensor con transmisor incluido el cual entrega una señal estandarizada de 420mA, esto facilita la lectura de la señal de salida para los procesos de control. Es adecuado para trabajar temperaturas de 50ºC hasta 200ºC, ello permite que se pueda usar en la mayoría de procesos que utilicen fluidos. El tiempo de reacción en agua de este dispositivo es de 3s. Fue implementado en la planta de procesos USTA para ser aplicado en el lazo de control de temperatura, sin embargo tiene las bananas en el panel con una salida de 2Vdc a 10Vdc. RESISTEIA TERMICA Imagen 2: Resistencia térmica. Fuente: Autores. Resistencia térmica de 600W diseñada especialmente para la planta de procesos USTA, se alimenta a 120Vac y debe ser sumergida en el líquido (agua) de lo contrario se quemaría. Básicamente la señal de alimentación pasa por un tubo de material conductivo creando un cortocircuito, la energía eléctrica es transformada en energía calorífica y se transmite al medio hasta elevar la temperatura del agua hasta llegar al punto de ebullición. Para controlar esta resistencia se puede utilizar un circuito de control de cruce por cero o un relé de estado sólido. 2

3 Página 3 de 8 RELE DE ESTADO SOLIDO VDE 0660 Imagen 3: Relé de estado sólido. Fuente: Autores. Es un dispositivo de alta conmutación, este elemento corta la señal de onda sinusoidal que le llega a la resistencia térmica en la planta de procesos. La alimentación de este elemento es a 24Vdc y la señal sinusoidal es cortada de forma proporcional al voltaje de control que va desde 0Vdc hasta 10Vdc. Este dispositivo maneja altas potencias por tanto tiene un disipador en la parte frontal y esta estandarizado con la norma IEC PROBLEMAS DE INVESTIGACIÓN QUE DEBEN RESOLVER LOS ESTUDIANTES Sensor de temperatura por PT100, PT1000. Termopozo MBT 120. Sensor de temperatura MTB Rele semiconductor VDE Manual de usuario Planta de procesos USTA. Dossier técnico Planta de procesos USTA. Electrobomba FLOJET modelo: Electroválvula Danfoss EV220B 3

4 Página 4 de 8 6. EQUIPOS Y MATERIALES NECESARIOS PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAM (P&ID) Sensores Válvulas Otros elementos I12 I13 Caudalímetro Vortex DN8, Conexión de proceso: G ½ Rango de medición 0,915 l/min Conector M12x1 de 4 pines Alimentación: 24Vdc Salida: 420mA Water flow sensor Modelo: POW110D3B Activación: 524Vdc Rango de lectura: 130L/min Salida: Frecuencia (Hz) V6 Válvula manual de palanca Tipo: Bola Conexión: hembra ½ Válvula solenoide servoaccionada de 2 vías Tipo: EV260B Rango de caudal: m^3/h Conexión: G ½ Cable: Conexión DIN 18 Activación: 24Vdc Control: ONOFF Válvula solenoide servoaccionada de 2 vías Tipo: EV220B de Diafragma Rango de caudal: 0,512,7 m^3/h Conexión: G ½ Cable: Conexión DIN 18 Activación: 24Vdc Control: 010Vdc PROPORCIONAL E12 E13 Bomba hidráulica automática Modelo: 3426 de FLOJET Conexión: ½ Presión máxima: 50 Psi Activación: 12Vdc Consumo: 10A (Máximo) Calentador térmico Tipo: Forma de U Activación: 220Vac110Vac Material: Cobre Temperatura Máxima: 100ºC Medio a calentar: Agua Tanque a presión atmosférica Material: Acrílico Temperatura máxima: 80ºC E15 V7 Válvula anti retorno de cheque con resorte Conexión: G ½ Material: Cobre 4

5 Página 5 de 8 Diagrama de tubería de instrumentación Leyenda: : Transmisor de flujo FV: Válvula de flujo LV: Válvula de nivel TT: Transmisor de temperatura LIT: Transmisor con indicador de temperatura LTH: Transmisor de nivel alto LTL: Transmisor de nivel bajo LTH TT LTL LIT LIT T1 E6 Resistencia de calentamiento I10 I11 FV LV 1/2"/Agua/ 23ºC a 80ºC FV I2 I4 E5 V2 Tanque de control V1 1/2"/Agua/23ºC a 80ºC FV LV LTH I6 I3 LTL T2 I7 V5 V3 1/2"/Agua/ 23ºC a 80ºC Tanque de suministro V4 I5 E5 PLANTA DE PROCESOS USTA Imagen 4: Planta de procesos USTA Fuente: Autores. 5

6 Página 6 de 8 Dossier técnico planta de procesos USTA. Manual de usuario planta de procesos USTA. Destornillador de pala. Multímetro. Termocupla con transmisor FLUKE. 7. PROCEDIMIENTO 1. Alimentar la planta de procesos, elevar los interruptores y verificar que se encuentra encendido el piloto VDC. 2. Llenar el tanque de procesos de agua hasta un nivel de 100mm. 3. Introducir el sensor de temperatura externo (Termocupla FLUKE) en el tanque de procesos asegurándose que la punta este en contacto directo con el agua. Imagen 5: Termocupla FLUKE. Fuente: Autores 4. Alimente las bananas ER (de la resistencia eléctrica) con una tensión de 1Vdc, tome la tensión del sensor de temperatura en las bananas ST y la temperatura de la termocupla externa. 6

7 Página 7 de 8 Imagen 6: Resistencia térmica energizada. Fuente: Autores NOTA: Se debe asegurar que la resistencia térmica está sumergida en suficiente agua para evitar que se queme, al energizar con una tensión de 0Vdc10Vdc el relé de estado sólido permite el paso de la señal sinusoidal proporcional esta entrada, con un voltaje superior a 5Vdc se empezara a observar el encendido el piloto ER. 5. Cuando la temperatura del tanque de procesos se estabiliza, se debe tomar la medida de la tensión en ST y la temperatura que muestra la termocupla FLUKE, este proceso se debe repetir variando el voltaje de 1Vdc hasta 10Vdc en la entrada ER. Se registrar los datos en una tabla como la siguiente: Tabla 1: Caracterización sensor de temperatura. Tensión de control ER (Vdc) Señal salida (Vdc) ST Temperatura (ºC) Fuente: Autores 6. Obtenga las curvas características del sensor ST por medio de algún software (MATLAB, EXCEL, o el de preferencia) y genere la ecuación que relacione la altura con el voltaje de salida teniendo en cuenta los valores del punto Repita el procedimiento del punto 5 por lo menos cinco veces y calcule los siguientes datos: 7

8 Página 8 de 8 Tabla 2: Variables del sensor ST. ST Histéresis Error Repetibilidad Exactitud Precisión Fuente: Autores 8. Finalmente haga pruebas al sensor a diferentes temperaturas, se debe calcular la temperatura y comparar por medio de la termocupla FLUKE la temperatura real. 8. INFORME QUE DEBE PRESENTAR EL ESTUDIANTE El estudiante debe entregar un informe en el que plantee el desarrollo de la guía de laboratorio teniendo en cuenta los siguientes aspectos: Problemas de investigación analizados. Datos experimentales. Cálculos. Gráficas, tablas, cuadros, etc. Análisis de resultados. Conclusiones. Bibliografía consultada. 9. BIBLIOGRAFÍA Y OTROS RECURSOS [1] Peñaranda J., López C., Diseño, habilitación y ensamble de cinco plantas de procesos con guías de laboratorio, manual de usuario y expediente técnico. Tesis, Universidad Santo Tomas, Bucaramanga, Colombia, 26. [2] Pérez A., CURSO DE INSTRUMENTACIÓN, Instituto tecnológico de san Luis Potosi, Dpto. Ingeniería de sistemas y automática, Soledad, México, [3] A. Creus, Medida de temperatura, Instrumentación industrial, Ed. Alfaomega, México, 21, p