LABO Instrumentos DE Campo PDF

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Summary

En el presente laboratorio se tomaron medidas del transmisor de flujo en el equipo de flujo de fluidos, el transmisor de temperatura y el transmisor de presión aire en la línea de tubería. Se realizaron gráficas de la variable medida (°C, psig, L/min) vs. mA ...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académica de Ingeniería Química

Laboratorio de Instrumentos de Control PI 415 B INSTRUMENTOS DE CAMPO (1ra PARTE) Profesor responsable de la práctica:  Ing. Magali Vivas Cuellar Realizado por:   

20142659G Guisado Paredes, José Daniel 20141047H Villacorta Estrada, David Roland 20142675B Santana Romero, Karla Veronik

Periodo Académico 2018 – II Fecha de realización del laboratorio: 13/ 11 / 18 LIMA – PERÚ

ÍNDICE RESUMEN ............................................................................................................................................ 3 ABSTRACT ............................................................................................................................................ 3 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4 1.

FUNDAMENTO TEÓRICO ............................................................................................................. 5

2.

OBJETIVOS ................................................................................................................................... 7

3.

METODOLOGÍA............................................................................................................................ 7

4.

RESULTADOS ............................................................................................................................... 8 4.1

TRANSMISOR DE FLUJO ....................................................................................................... 8

4.2

TRANSMISOR DE TEMPERATURA ........................................................................................ 8

4.3

TRANSMISIÓN DE PRESIÓN ................................................................................................. 9

5.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS ....................................................................................................... 9

6.

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 10

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 10 7.

APÉNDICE .................................................................................................................................. 10 7.1 CUESTIONARIO ........................................................................................................................ 10 7.2 DIAGRAMA DE EQUIPO ........................................................................................................... 12 7.2 DATOS DE LABORATORIO ........................................................................................................ 13

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RESUMEN El presente laboratorio de Instrumentos de Campo se realizó el día 13 de Noviembre del 2018 en el Laboratorio de Operaciones Unitarias (Lab. 23) de la Facultad de Ingeniería Química en la Universidad Nacional de Ingeniería. En dicho laboratorio se tomaron medidas del transmisor de flujo en el equipo de flujo de fluidos, el transmisor de temperatura y el transmisor de presión aire en la línea de tubería. Se realizaron gráficas de la variable medida (°C, psig, L/min) vs. mA con el fin de visualizar el comportamiento lineal de dichas variables en el caso fuese así. Conocer el funcionamiento de los instrumentos de campo, en este caso de los transmisores, permite incrementar los conocimientos de los mismos y también reconocer su importancia en el control de los procesos.

ABSTRACT The present Laboratory of Field Instruments was published on November 13, 2018 in the Unit Operations Laboratory (Lab. 23) of the Chemical Engineering Faculty at the National University of Engineering. In that laboratory the measurements of the flow transmitter were taken in the fluid flow equipment, the temperature transmitter and the air pressure transmitter in the pipeline. Graphs of the measured variable were made (° C, psig, L / min) vs. mA in order to visualize the linear behavior of these variables. Know the operation of the instruments of the field, in this case of the transmitters, allow them to improve the knowledge of them and also recognize their importance in the control of the processes.

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INTRODUCCIÓN En este nuevo siglo existen diferentes procesos industriales para la fabricación, transformación y acabado de diversos productos, como ser: Fabricación de productos derivados del petróleo, Productos alimenticios, Industria automovilística, Industria textil, etc. Todos estos procesos requieren el control y la medición de magnitudes como: presión, temperatura, caudal de fluidos compresibles e incompresibles, nivel de líquidos, velocidad, humedad, conductividad, pH, posición etc. Para satisfacer las necesidades de control y automatización de los procesos, se utilizan instrumentos de: medición, control, registro y automatización. Básicamente los instrumentos, permiten conocer que está sucediendo en un determinado proceso industrial. Por otro lado, los instrumentos liberan al operador de las acciones manuales que realizaban en los procesos industriales. El constante desarrollo de la tecnología de los instrumentos, conducen al desarrollo de sistemas de control y automatización de los procesos industriales bastante sofisticados e inteligentes. Con la aplicación de los microprocesadores y microcontroladores en combinación con los diferentes tipos de instrumentos, se desarrollan los instrumentos inteligentes (I/A) y los sistemas inteligentes de control y automatización de procesos industriales, que se tienen ya instalados en las industrias europeas, americanas, japonesas y algunas en el ámbito nacional y local. Como conclusión se puede indicar que los instrumentos son los elementos de primer nivel (primarios) para la automatización y control riguroso de los diversos procesos industriales modernos y que requieran la poca intervención del ser humano, en especial de los SCADA. Es por eso el estudio que se realiza de estos instrumentos.

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1. FUNDAMENTO TEÓRICO 1.1.INSTRUMENTOS DE CAMPO Los instrumentos de campo son los encargados de detectar los valores de las variables de proceso, transmitir la información obtenida de dichas variables hacia el controlador, ejecutar acciones de control en el proceso. Dichos instrumentos se pueden agrupar en las siguientes categorías: elementos primarios, transmisores, indicadores, interruptores, elementos finales de control. A continuación explicaré cada una de ellas. i.1.1 Elementos Primarios Es el encargado de detectar las variaciones en la variable de proceso de manera continua y expresarlas en una forma de medida adecuada. Un ejemplo de ello son las RTD tipo Pt-100 y los termopares tipo K, cuyas señales de salidas son en ohmios y milivoltios, respectivamente. i.1.2

Transmisores Dispositivo que recibe los valores de la salida del elemento primario y los transforma a una señal de tipo estándar y continua ( como voltaje o corriente) para que luego sea utilizada dicha señal por el controlador. Según la variable de proceso se encuentran transmisores de presión, temperatura, nivel, caudal, peso, etc.

i.1.3

Indicadores Elemento que detecta los valores de la variable de proceso de manera continua y a través de un sistema análogo o digital es capaz de mostrar la lectura de dicha variable, en tiempo real. En esta categoría se puede encontrar instrumentos como los manómetros y termómetros.

i.1.4

Interruptores Dispositivo que se ajusta a un valor deseado de la variable de proceso para que envíe una señal discreta cuando la variable de proceso se iguale o supere dicho valor. Como ejemplo se puede mencionar a los presóstatos y a los termóstatos.

i.1.5

Elementos finales de control Con base a la señal enviada por el controlador este dispositivo realiza una acción que puede ser continua (para el caso de las válvulas) o discreta (para el caso de las bombas), afectando el valor de la variable de proceso dentro del lazo de control.

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Ilustración 1: Esquema de transmisión de la señal de un elemento de medición primario.

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

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La mayoría de los elementos finales de control que se encuentran en los diversos procesos industriales son válvulas de control. La válvula de control, entonces, es un instrumento capaz de manipular un fluido que puede ser gas, vapor, agua, una sustancia química, etc. Esto lo realiza para compensar las perturbaciones y mantener la variable de proceso regulada y establecida, tanto como sea posible, en el valor de consigna. La siguiente imagen muestra una válvula de control típica dentro de un proceso industrial. Una válvula de control típica consta del cuerpo de la válvula, sus partes internas, un actuador que proporciona el movimiento para operar la válvula, y una variedad adicional de accesorios que pueden incluir entre posicionadores, transductores, elementos reguladores de presión, operadores manuales (ej: volanta), interruptores limitadores, entre otros. La versatilidad que demuestra la válvula de control para ejecutar la orden dada por el controlador en diversos tipos de industrias y a diferentes condiciones de proceso hacen que se encuentre dentro las más utilizadas como elemento final de control. Su relación costo/beneficio, contribuye a tener procesos competitivos, eficientes, autónomos. Adicional, es recomendable acompañar su uso de un adecuado plan de mantenimiento para garantizar su vida útil, junto al resto de instrumentos y elementos que conforman el lazo de control.

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2. OBJETIVOS  Identificar los diferentes tipos de señales de transmisión.  Reconocer la transmisión de señales de los Instrumentos de Campo al PLC.  Reconocimiento de las partes de los Instrumentos de Campo.

3. METODOLOGÍA  TRANSMISOR DE PRESION 1. Encendido del compresor de aire, realizado por el responsable de laboratorio. 2. Purgar las líneas de aire, abrir la válvula A hasta eliminar el agua y luego cerrarla. 3. Abrir la válvula B lentamente, hasta fijar un valor de lectura P1 en el manómetro C. 4. Anotar la corriente (mA) leída en el multímetro, el % leído en el transmisor D y las cuentas leídas en el PLC correspondientes al valor P1. 5. Repetir los pasos 3 y 4 hasta el máximo valor de presión del manómetro C.  TRANSMISOR DE CAUDAL 1. Encender la bomba de agua B, pulsando el botón verde (ON) 2. Fijar un caudal Q1 en el Rotámetro A. 3. Anotar la corriente (mA) leída en el multímetro, el % leído en el transmisor C y las cuentas leídas en el PLC correspondientes al valor Q1. 4. Repetir los pasos 2 y 3 hasta el máximo valor de caudal del rotámetro A.  TRANSMISOR DE TEMPRATURA 1. Encender el sistema A, calentando con agitación. 2. Anotar el valor de la temperatura (T°C). 3. Anotar la corriente (mA) leída en el multímetro, y las cuentas leídas en el PLC correspondientes al valor de temperatura. 4. Repetir los pasos 2 y 3 hasta un valor de 60°C.

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4. RESULTADOS 4.1 TRANSMISOR DE FLUJO

FLUJO (L/min) vs. mA 70 60

L/min

50 40 30

20 10 0 3

3.5

4

4.5

5

mA Ilustración 2: Gráfica de variable medida (L/min) vs. mA

4.2 TRANSMISOR DE TEMPERATURA

TEMPERATURA (°C) vs. mA 25

y = 9.9167x - 39.809 R² = 0.9993

20

°C

15 10 5 0 4

4.5

5

5.5

6

6.5

mA Ilustración 3: Gráfica de variable medida (°C) vs. mA

8

4.3 TRANSMISIÓN DE PRESIÓN

Presión (psig) vs. mA 120 y = 13.405x - 63.949 R² = 0.9999

100

psig

80 60 y = 13.424x - 64.263 R² = 1

40 20 0 0

2

4

6

8

10

12

14

mA Presión (descendente)

Presión (ascendente)

Ilustración 4: Gráfica de variable medida (psig) vs. mA

Presión (psig) vs. cuentas 120

y = 0.0044x - 53.662 R² = 0.9586

100

psig

80 60 40

y = 0.0037x - 43.783 R² = 0.9966

20 0 0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

mA Presión(descendente)

Presión(ascendente)

Ilustración 5: Gráfica de variable medida (psig) vs. Cuentas

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS  Al graficar la variable medida de flujo (L/min) vs. mA se observa que su variación no es lineal sino se asemeja a una curva, lo cual puede indicar que dicho transmisor es muy sensible a las variaciones de flujo. Por otro lado las variables medidas de temperatura (°C) y presión (psig) varían linealmente vs. los mA registrados lo que permitiría un rápido reconocimiento de su calibración y variable máxima y mínima que puede medir. 9

 Para la variable medida de presión se hicieron las mediciones tanto de forma descendente empezando en 100 psig hasta el mínimo valor y el proceso ascendente que fue desde 10 psig hasta su máximo, se debía esperar que ambas mediciones registren los mismo valores tanto de mA como de cuentas para una misma presión, pero eso no sucedió, pese a que ambos valoren fueron muy cercanos. Ello muestra las interferencias que pueden ocurrir entre una medición y otra.  Para la experiencia realizada en el laboratorio se utilizaron sensores de medición comunes dentro del mercado que son de mucha utilidad en el laboratorio ya que no fueron utilizados en condiciones extremas, o condiciones en las cuales los sensores estén fuera de rango

6. CONCLUSIONES  La variable medida L/min no sigue un comportamiento lineal frente a los mA registrados; la variable medida °C y psig si siguen dicho comportamiento.  Las interferencias actúan variando las lecturas en los registros tanto de mA como de cuentas para una misma presión leída.  Los sensores usados en la experiencia son los más comunes del mercado para la industria.

BIBLIOGRAFÍA Páginas web, recuperadas de:  http://www.isa.cie.uva.es/~prada/Instrumentacion.pdf  http://repositorio.upse.edu.ec/bitstream/46000/4228/1/Fundamentos%20de%20Inst rumentacion%20y%20Control.pdf  http://dominion.com.mx/cat/honeywell/honeywell-hps/catalogo-generalinstrumentos-de-campo.pdf

7. APÉNDICE 7.1 CUESTIONARIO  Explique brevemente las ventajas y desventajas de los sensores utilizados. a) Placa de Orificio (Sensor de caudal) : Consiste en una placa metálica perforada, instalada en la tubería en forma bridada o a través de cajas de orificio. Para la medición de la presión diferencial presenta dos tomas conectadas antes de la placa y posterior a la placa, lo que permite tomar las presiones antes y después (PA) y (PB). Ventajas  Utiliza una pequeña cantidad de material en la manufactura.  El tiempo de maquinado es relativamente corto. 10

 Es fácilmente reproducible.  Es fácil de instalar y desmontar  Se consigue un alto grado de exactitud. Desventajas  Es inadecuada en la medición de fluidos con sólidos en suspensión.  No conviene su uso en la medición de vapores (se necesita perforar la parte inferior)  El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada.  Produce las mayores pérdidas de presión en comparación con los otros elementos primarios. b) Manómetro tipo Bourdon (Sensor de presión) : Es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. Ventajas  Bajo costo.  Cobertura de rango bajos y altos  Una buena relación precisión costo  Construcción simple Desventajas  Pérdida de precisión por debajo de 50 psig.  Usualmente requiere amplificación lo cual produce histéresis. c) Termopar (sensor de temperatura) son los más utilizados en los dispositivos de medición de temperatura. Al estar conectados en pares, son simples y eficientes que dan salida a un voltaje DC muy pequeño proporcional a la diferencia de temperaturas entre dos juntas en un circuito termoeléctrico cerrado. Ventajas  Bajo costo y robustos  Cobertura de rango variados de temperatura Desventajas  La conexión del termopar crea una unión termoeléctrica, que se conoce como unión en frío y el voltaje medido incluye tanto el voltaje del termopar como el voltaje de la unión.  Son muy sensibles a los efectos del ruido eléctrico.

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7.2 DIAGRAMA DE EQUIPO

Ilustración 6: Equipo usado para la medición de mA en el transmisor de flujo.

Ilustración 7: Equipo usado para la medición de mA en el transmisor de temperatura.

Ilustración 8: Equipo usado para la medición de mA y cuentas en el transmisor de presión.

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7.2 DATOS DE LABORATORIO Tabla 1: Datos tomados para el transmisor de flujo.

TRANSMISORES DE FLUJO (EQUIPO DE FLUJO DE FLUIDOS) mA FLUJO (L/min) inch-Hg 4.55 60 0.647 4.25 50 0.305 3.94 40 0.038 3.78 30 0.345 3.78 20 0.516 3.78 15 0.607 3.78 0 0.705

Tabla 2: Datos tomados para el transmisor de temperatura.

TRANSMISOR DE TEMPERATURA mA TEMPERATURA (°C) 6.35 23 5.6 16 4.53 5

Tabla 3: Datos tomados para el transmisor de presión (forma descendente)

TRANSMISOR DE PRESIÓN AIRE (LINEA TUBERÍA) mA CUENTAS PRESION (psig) 32760 100 12.23 28500 60 9.27 22720 40 7.73 16960 20 6.24 14120 10 5.51 12520 4 5.1 Tabla 4: Datos tomados para el transmisor de presión (forma ascendente)

TRANSMISOR DE PRESIÓN AIRE (LINEA TUBERÍA) mA CUENTAS PRESION (psig) 14210 10 5.53 17150 20 6.28 22860 40 7.77 28500 60 9.25 32760 80 10.75

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