CONTROL AUTOMATICO SEMANA 2 (17/09/2012)

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA ESCUELA DE INGENIERIA EN ENERGIA I. CONTENIDO 1.INTRODUCCION 2.MEDIDA DEL CAUDAL 3. MEDIDA DE LA PRESION 4. PRACTICA N 02 CONTROL AUTOMATICO SEMANA 2 (17/09/2012) II. OBJETIVO Identificar los medidores del caudal y presión 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

2 1. INTRODUCCION Según la definición el control automático es el mantenimiento de un valor deseado dentro de una cantidad o condición, midiendo el valor existente, comparándolo con el valor deseado y utilizando la diferencia para proceder a modificar su valor; este valor es el valor de una variable energética que puede ser la Temperatura, el caudal, el Nivel, la Presión, el voltaje, la corriente eléctrica, etc. Esta definición requiere adicionar un concepto denominado sistema, que por el momento lo definimos como una caja donde se requiere mantener un valor y en la cual tiene una entrada y salida. Entrada SISTEMA Salida Por ejemplo si quiero controlar la temperatura del aula, mi sistema es el aula y el mantenimiento del valor deseado dentro de una cantidad será 20 C, para lo cual debo medir o sensar la variable temperatura.

3 1. INTRODUCCION Si quiero controlar el caudal de agua que entra a un intercambiador de calor, mi sistema será el intercambiador de calor y el mantenimiento del valor deseado dentro de una cantidad puede ser 2 cm³/s, para lo cual debo medir o sensar la variable caudal. Entonces para saber los valores de temperatura o caudal, se tiene que medir o sensar el valor. El sistema queda de la siguiente manera: Entrada SISTEMA Salida COMO CONCLUSION: Para poder controlar hay que medir una variable, se controla lo que se mide. Para lo cual es necesario conocer los medidores o sensores de las variables CAUDAL, PRESION, TEMPERATURA Y NIVEL.

4 2. MEDICION DEL CAUDAL La medida de caudal se utiliza en la industria para dos propósitos fundamentales: Contabilidad. (Medir la cantidad de agua que consume un domicilio), se le conoce como contadores. Control de procesos, medir el caudal en forma instantánea para poder realizar el control automático La Figura muestra una clasificación con los diferentes tipos de medidores de caudal y los porcentajes aproximados de utilización.

5 2. MEDICION DEL CAUDAL Cuales son los sensores de caudal que se utilizarán en las prácticas de control y dónde de ubican? Cuál es el rango de medición? Cuál es el principio de funcionamiento? Cuales son sus aplicaciones energéticas? Un medidor de tipo turbina consta básicamente de un rotor con alabes soportado por un eje y con movimiento de rotación perpendicular a la dirección del flujo. Por medio de un detector magnético, cada vez que uno de los alabes pasa delante del mismo se produce un impulso al cortar el campo magnético. El número de impulsos es proporcional a la velocidad y, como consecuencia, al caudal que atraviesa el medidor. Los medidores de caudal por área variable, conocidos como rotámetros, utilizan el mismo principio de medida que los medidores por presión diferencial, es decir, la relación entre la energía cinética y la energía debida a la presión. En el sistema de presión diferencial (dp) el área correspondiente a la restricción es constante y la presión diferencial cambia en función del caudal (Q). Estos son los tipos de medidores que utiliza el equipo EDIBON y la unidad de medida es litros/minuto.

6 2. MEDICION DEL CAUDAL Un sensor de flujo, fijo, tipo turbina Dos caudalímetros de área variable (0.2-2 l/min, y l/min), y con llave manual.

7 2. MEDICION DEL CAUDAL Caudalímetro y sensor de caudal tipo turbina

8 2. MEDICION DEL CAUDAL (TIPOS) Los medidores por desplazamiento positivo Operan atrapando un volumen unitario y conocido de líquido (Vu), desplazándolo desde la entrada hasta la salida, y contando (N) el número de volúmenes desplazados en un tiempo determinado (t). Se conocen con el nombre genérico de contadores porque cuentan el volumen de líquido, independientemente del tiempo transcurrido. Si se desea obtener la medida en forma de caudal (Q), hay que incluir la unidad de tiempo, teniendo entonces que: Los medidores másicos Los medidores másicos están diseñados para medir directamente el caudal de fluido en unidades de masa, tal como kg/h, en lugar de medir el caudal en volumen, como m3/h. Se muestra el de tipo momento angular, constan de dos rotores introducidos en el paso de fluido. El primero de los rotores se hace girar a velocidad constante para imprimir una velocidad angular al fluido, mientras que el segundo permanece fijo. Esto hace que se produzca un par de torsión en el segundo rotor proporcional al caudal en masa.

9 2. MEDICION DEL CAUDAL Los medidores de área variable (rotámetros) consta básicamente de un tubo vertical troncocónico, en muchas ocasiones de cristal, en cuyo interior se encuentra un flotador. El fluido entra por la parte inferior del tubo, arrastrando el flotador en dirección ascendente. Al ascender el flotador va dejando libre un área en forma anular hasta que la fuerza producida por la presión diferencial en las caras superior e inferior del flotador se equilibra. Los medidores por presión diferencial El método más ampliamente utilizado para la medida industrial de caudales es el que se realiza a partir de la presión diferencial. Existen varios tipos de elementos de medida basados en este principio, como son: placas de orificio con diversas formas, tubos Venturi, toberas, tubos Pitot, tubos Annubar, etc., aunque dentro de ellos los más utilizados son las placas de orificio.

10 3. MEDICION DE LA PRESION 3.1 PRINCIPIOS PRESION EN LOS LIQUIDOS (Incompresible) La presión en un punto cualquiera del liquido es igual a la presión P0 en la superficie libre más el peso de una columna de líquido que tenga por base la unidad de superficie y por altura la distancia vertical entre dicho punto y la superficie libre. Ejemplos: Almacenamiento de combustibles líquidos PRESION EN LOS GASES (compresible) La presión de los gases depende de: * Número de moléculas del gas. Masa de las moléculas del gas. Velocidad media. Ejemplo, almacenamiento de GNV o GLP, Amoniaco (refrigeración), vapor en calderos acuotubulares, pirotubulares

11 3. MEDICION DE LA PRESION METODOS DE MEDICION MEDIDICION DIRECTA Medición de la presión por columna de líquido Medición de la presión por balance con líquido de referencia MEDIDICION INDIRECTA Medida de presión con elementos resilientes. La resiliencia es una propiedad de los materiales que permite la deformación elástica volviendo a su posición original, siempre que no se sobrepasen los límites que llevan a la deformación permanente o rotura del material. El primer indicador de presión basado en la resiliencia fue el manómetro con tubo Bourdon, patentado por el ingeniero francés Eugene Bourdon a mediados del siglo xix. Posteriormente aparecieron los manómetros tipo diafragma o los de cápsula.

12 3. MEDICION DE LA PRESION METODOS DE MEDICION : MEDIDICION INDIRECTA Medida de presión con instrumentos basados en señales eléctricas. Este tipo de instrumentos convierte la deformación producida por la presión en señales eléctricas. Las señales son amplificadas y enviadas al sistema de Indicación correspondiente. El menor cambio producido por deformación debida a la presión, es suficiente para obtener una señal perfectamente detectable por el sensor. Existen diversos sistemas basados en señales eléctricas, entre los que se pueden citar: Cambio en la resistencia eléctrica de un conductor. Efecto piezoresistivo, galgas extensiométricas {Strain gage), hilo suspendido, etc. Cambio en la inductancia de una bobina. Transformador diferencial. Cambio en la capacidad de un condensador. Cambio en la carga eléctrica de un material. Efecto piezoeléctrico

13 Comportamiento de una célula de medida de presión diferencial basada en la variación de capacidad de un Condensador La presión de proceso se transmite a uno de los lados del diafragma mientras que la presión atmosférica o la presión de referencia se transmite al otro lado del diafragma. Durante la operación, el diafragma de aislamiento del fluido de proceso detecta y transmite la presión del proceso al aceite de silicona, el cual a su vez la transmite al diafragma sensible que se encuentra en el centro de la célula de medida. En respuesta a la presión diferencial que actúa sobre el diafragma, éste sufre un desplazamiento proporcional a la diferencia de presión. Las placas del condensador situadas a ambos lados detectan la posición del diafragma, dando como resultado una diferencia de capacidad ente ambas placas. Por último, el sistema de transmisión electrónica convierte la diferencia de capacidad entre el diafragma y las placas del condensador, en una señal de 4 a 20 ma.

14 3. PRACTICA N 02