OPU GUIA 1 PDF

Preview

Summary

UNIVERSIDAD NACIONALMAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DEINGENIERÍA INDUSTRIALGUÍAS DE LABORATORIODE OPERACIONES UNITARIASPRÁCTICA 1:INSTRUMENTACIÓN YCONTROL DE PROCESOSCentro de Manufactura Avanzada – FIIDocentes:Ing. Manuel Godoy MartínezDr. Alfonso Ramón Chung PinzásGL-V2-CONTROL DE PROCESOSINDICE CONTR...

Description

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

GUÍAS DE LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS Centro de Manufactura Avanzada – FII Docentes: Ing. Manuel Godoy Martínez Dr. Alfonso Ramón Chung Pinzás

GL-V2.5-13

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

INDICE CONTROL DE PROCESOS…………………………………………………………………………………

3

1.1. DEFINICIÓN DE PROCESO…………………………………………………………………………. 1.2. DEFINICIÓN DE CONTROL…………………………………………………………………………. 1.3. SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS……………………………………………………….

3 4 4

2. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS………………………..

5

2.1. EL CONTROLADOR……………………………………………………………………………………. 2.2. EL SENSOR………………………………………………………………………………………………… 2.3. EL ACTUADOR……………………………………………………………………………………………

5 5 6

3. TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS…………………………………………….

7

3.1. CONTROL MANUAL………………………………………………………………………………….. 3.2. CONTROL AUTOMÁTICO…………………………………………………………………………..

7 8

4. VARIABLES DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS………………………………..

9

1.

4.1. VARIABLE DE PROCESO……………………………………………………………………………. 4.2. SET POINT…………………………………………………………………………………………………. 4.3. VARIABLE DE CONTROL……………………………………………………………………………..

9 9 9

5. TIPOS DE INSTRUMENTOS………..……………………………………………………………………..

10

5.1. EN FUNCIÓN DEL INSTRUMENTO……………………………………………………………… 5.2. POR LA VARIABLE DE PROCESO…………………………………………………………………

10 11

6. SOFWARE SCADA…………..………..……………………………………………………………………… 7. ACTIVIDADES…………………………………………………………………………………………………..

11 11 11

8. CUESTIONARIO…………………..………..…………………………………………………………………

11

9. BIBLIGRAFIA…………………..………..…………………………………………………………………

12

2

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

GUÍA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS Objetivo: Introducir al estudiante en el estudio del Control de Procesos estudiando sus diversos componentes. 1. CONTROL DE PROCESOS 1.1.

DEFINICIÓN DEL PROCESO Existen diversas definiciones sobre proceso, entre dichas definiciones se puede mencionar la siguiente: “Conjunto de las sucesivas fases de un fenómeno natural o de uno operación artificial” (Diccionario de la Real Academia Española). Sin embargo y a pesar de lo general que puede ser esta definición, el término proceso se adecúa según el entorno en el cual se le quiera definir como por ejemplo proceso químico, proceso informático, proceso judicial etc.; Pero sea cual sea el proceso este contara con elementos de entrada, elementos de salida, subproductos y el proceso en sí (ver figura 1.1).

Fig.1.1 ESQUEMA DE UN PROCESO Entonces, de la figura anterior se puede afirmar que un proceso toma elementos de entrada y los transforma en elementos de salida o un producto terminado luego de un conjunto de operaciones los cuales puede generar subproductos. Cabe mencionar en término proceso no sólo está referido a cosas tangibles sino también a cosas intangibles como por ejemplo procesos mentales, procesos sociales, procesos políticos etc.

3

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

1.2.

DEFINICIÒN DE CONTROL Otra definición muy importante a tomar en cuenta es el control, así pues la real academia de la lengua española presenta dos definiciones muy importantes acerca del tema 1: • •

Comprobación, inspección, fiscalización, intervención. Regulación, manual o automática, sobre un sistema.

Otras definiciones son bastante similares a las anteriormente mencionadas; por lo tanto el control se encarga de mantener algo en un determinado estado. Existen innumerables ejemplos de control entre ellos se pueden mencionar el control de procesos, las auditorías, el control documentario etc. 1.3.

SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS El sistema de control de procesos se puede definir como aquel sistema de control que mantiene un proceso en un determinado estado; su uso en la industria es bastante importante debido a que previene posibles fallas en elaboración de un determinado producto; sin embargo hay que considerar que a pesar de esto un sistema de control no genera valor agregado al producto debido a que no le va a dar ningún valor adicional tan sólo se va asegurar que el proceso se realice dentro de los rangos permisibles, por ejemplo mantener un proceso a una temperatura determinada. Por otro lado, Creus (2012) sostiene que un sistema de control de procesos es aquel que compara el valor de una variable a controlar (o condición a controlar) con una valor predeterminado o deseado y según el error existente tomará una acción determinada sin la participación del operario. Esta definición de Creus amplía el concepto general presentado al inicio, con lo cual da la idea de algunas variables importantes que van a interactuar dentro de un sistema típico de control de procesos (más adelante se definen dichas variables); por lo tanto existen tres labores principales que deben realizar estos sistemas: adquisición de datos, control y presentación de la información al usuario. Asimismo, al ser un sistema, este constará de diversas partes las cuales deberán funcionar en forma conjunta y coordinada para que el sistema de control realice la tarea requerida. Entre los principales procesos a controlar por este sistema se encuentran aquellos relacionados con: presión,

1

Diccionario de la real academia española, en: www.rae.es

4

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

temperatura y caudal, los cuales serán estudiados en el presente laboratorio. 2. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS Un sistema de control de procesos debe tener tres componentes muy importantes a fin de asegurar su funcionamiento, estos componentes son: un controlador, un actuador y un sensor; a continuación se describirá cada uno de estos instrumentos: 2.1.

EL CONTROLADOR Como su propio nombre lo indica, el controlador se encarga de controlar el sistema y se puede comparar con el cerebro humano ya que se encarga de tomar las decisiones de aumentar, disminuir o mantener una determinada condición en el proceso, por ejemplo elevar la temperatura, disminuir la presión o mantener el mismo nivel de caudal. Como ejemplo de controladores se pueden mencionar al PLC (controlador lógico programable) como el más comercial de todos debido a sus múltiples usos, facilidad de manejo y bajo costo (para un mejor entendimiento véase la figura 2.1).

Figura 2.1: PLC SIEMENS S7200 Sin embargo existen otros controladores como por ejemplo puede ser una computadora entre otros, pero sea cual sea el controlador este recibirá información importante del sensor y dará órdenes al actuador. 2.2.

EL SENSOR Este instrumento se encarga de capturar la información existente en el proceso, esta información está referida a la temperatura, caudal o presión existente en un tanque u otro contenedor en donde se esté realizando dicho proceso. 5

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

Debido a la cantidad de procesos existentes los cuales varían según el tipo de parámetro controlar, así como la diversidad de medios de trabajo en las cuales va a tener que interactuar el sensor se tiene en el mercado una gran variedad de estos instrumentos cuya clasificación general está dada por el parámetro que el miden por ejemplo: sensores de presión, sensores de temperatura y sensores caudal. Sin embargo, el sensor se limita a medir un determinado parámetro, lo cual no sería de mucho utilidad en un sistema de control de procesos, es por eso que muchos sensores vienen como un transmisor incorporado a fin de enviar información al controlador; la figura 2.2 muestra uno de ellos.

Figura 2.2: SENSOR CON TRANSMISOR INCORPORADO

2.3.

EL ACTUADOR El actuador es aquel instrumento que recibe las órdenes del controlador con el fin de modificar las condiciones del proceso registradas inicialmente por el sensor; este instrumento se puede comparar con los músculos del sistema y como ejemplo se puede citar las bombas, frenos, válvulas etc. La figura 2.3 presenta una bomba centrífuga.

6

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS Figura 2.3: BOMBA CENTRÍFUGA HORIZONTAL (HIDROSTAL) 3. TIPOS DE SISTEMAS CONTROL DE PROCESOS Como se mencionó anteriormente en un sistema de control de procesos el sensor envía la información de la condición actual del proceso al controlador mediante sus acondicionadores de señales o transmisor, éste se encarga de revisar sí es que está en las condiciones deseadas, según sea resultado de esta revisión del controlador va a enviar una orden al actuador (el cual lo va a recibir mediante los controles del actuador) a fin de que modifique o mantenga la condición actual del proceso en estudio, véase la figura 3.1.

Figura 3.1: ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS Los componentes mencionados en el numeral 2 de la presente guía, se agrupan en dos tipo de sistemas: manual y automático, a continuación se hará una breve explicación de cada uno. 3.1.

CONTROL MANUAL Un sistema de control de procesos tiene control manual cuando las funciones del actuador, el controlador, el sensor o cualquiera de ellos son realizadas por el operario, el cual pasa a ser parte importante en el proceso (ver figura 3.2). 7

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

3.2.

CONTROL AUTOMÁTICO O AUTOMATIZADO Un sistema de control de procesos tiene control automático o está automatizado cuando las tres funciones básicas son realizadas por los instrumentos respectivos y no por el ser humano; en este caso el operario se limita a verificar, analizar, entre otras funciones (ver figura 3.3).

Figura 3.2.: CONTROL MANUAL

ACTUADOR

SENSOR

8

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

CONTROLADOR

PROCESO

Figura 3.3.: CONTROL AUTOMÁTICO

4. VARIABLES DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS En un sistema de control de procesos intervienen 3 variables las cuales se describen a continuación: 4.1.

VARIABLE DEL PROCESO (VP) Contiene la información del estado actual del proceso, por ejemplo la temperatura actual, la presión actual o el caudal del proceso; este informaciones recogidas por el sensor y es enviada al controlador.

4.2.

SET POINT O VARIABLE DE CONSIGNA (SP) Contiene la información de la condición deseada para el proceso (puede ser temperatura, presión o caudal) y es ingresada por el operario al sistema de control mediante algún software SCADA para luego ser enviada al controlador.

4.3.

VARIABLE DE CONTROL (VC) Una vez que el controlador tiene en memoria la VP y el SP lo que hace es comparar ambas variables a fin de determinar si se debe subir, bajar o mantener la variable del proceso lo cual se traduce en una orden de y viaja en la variable de control hacia el actuador.

9

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS 5. TIPOS DE INSTRUMENTOS Creus (2012) clasifica a los instrumentos en dos grupos generales: en función al instrumento y por la variable de proceso; a continuación se detalla un poco más ambos casos. 5.1.

EN FUNCIÓN DEL INSTRUMENTO Esta clasificación se basa en la naturaleza misma del instrumento y se tienen las siguientes subdivisiones. a. Instrumentos Ciegos. Son aquellos que no muestran los resultados de las variables que miden, por ejemplo los instrumentos de alarma como los presostatos. b. Instrumentos Indicadores. Contrariamente a la subdivisión anterior, estos instrumentos muestran el valor de la variable que miden. c. Instrumentos Registradores. Al igual que el caso b, estos instrumentos muestran los valores, pero también los almacenan y pueden presentar un historial de su evolución. d. Los sensores. Las características de estos instrumentos se han detallado en el numeral 2.2. e. Los transmisores. Generalmente están acoplados a un sensor y envían la información capturada a un actuador mediante una señal neumática de 3 a 15 PSI , electrónica de 4-20 mA de corriente continua (c.c.) o digital (por ejemplo Fieldbus) f. Transductor. Convierte una señal física en otra de salida, la conversión puede cambiar la naturaleza o no de la señal, por ejemplo transductores que transforman una señal de presión en una señal neumática. g. Convertidor. Instrumento que también transforma una señal de entrada a una de salida, pero sólo cuando la entrada proviene de algún instrumento y en un tipo estándar, por ejemplo: convertidor de señal neumática en electrónica. h. Receptores. Son aquellos que reciben las señales y los registran. i. Controladores. Véase el numeral 2.1.

5.2.

POR LA VARIABLE DE PROCESO

10

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

Esta subdivisión los clasifica según la variable que miden y en este caso pueden ser: instrumentos de presión, de caudal, de temperatura, de nivel etc. 6. SOFTWARE SCADA SCADA significa: Control Supervisor y Adquisición de Datos; por lo tanto un software SCADA es aquel que realizar estas actividades de un sistema de control de procesos. Un software SCADA se comunica con el usuario a través de una interfaz hombre máquina (HMI) el cual permita el ingreso en la presentación de la información pertinente; el software a utilizarse en el laboratorio será LABVIEW el cual no es un software SCADA sino es un software de programación para software SCADA. 7. ACTIVIDADES a. Formar equipos de trabajo. b. Elegir un delegado por cada equipo. c. Realizar un recorrido de reconocimiento de los tres módulos de laboratorio de control de procesos CEMA. Atender la explicación, realizar las anotaciones pertinentes y tomar las fotos necesarias. 8. CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles son las aplicaciones de este control de procesos en la industria?, defina cinco como mínimo 2. ¿Qué accesorios o instrumentos adicionales se podrían añadir al sistema para calcular pérdidas u otros factores entre los accesorios de las tuberías? 3. ¿Con qué tipo de fluidos se pueden trabajar en este módulo? 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? 5. ¿Qué datos son necesarios para calcular la presión de succión y descarga del fluido?, ¿Varían estos valores?, ¿Por qué? 6. ¿Es necesario un vacuómetro en el sistema?, ¿Por qué? 7. ¿Por qué utilizar una válvula solenoide?, ¿Entre qué valores puede operar? 8. ¿Cuál es la utilidad de los sensores de nivel? 11

PRÁCTICA 1: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

9. ¿Cuál es la principal función que cumple el variador de velocidad? Nota: Este cuestionario se presentará como parte del informe de laboratorio en el formato que se adjunta en el presente documento

9. BIBLIOGRAFÍA

1. Carlos A. Smith, Control automático de procesos: Teoría y práctica. 2. José María Clement, Introducción al control e instrumentación. 3. Benjamín kuon, Sistemas de control automático. 4. Harold E. Soisson, Instrumentación industrial.

12...