Instrumentación y Control de Procesos

Download Instrumentación y Control de Procesos

Post on 16-Jul-2016

32 views

Category:

Documents

8 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Sesin 8 de instrumentacin y control de procesos industriales de la universidad de Talca.

TRANSCRIPT

<ul><li><p>PROCESOS Y EQUIPOS </p><p>INDUSTRIALES 2 </p><p>Sesin 8 </p><p> INSTRUMENTACIN Y CONTOL DE PROCESOS </p><p>Ingeniera Civil Industrial </p><p>Prof. Gonzalo Garca G. </p><p>2dor Semestre 2015 </p></li><li><p>CONTENIDOS </p><p>Instrumentacin y control de procesos industriales </p><p>Conceptos bsicos </p><p> Proceso de medida </p><p>Clasificacin de los instrumentos. </p><p>Transmisin de las medidas. </p><p>Diagramas de proceso (P&amp;ID) </p><p> Sensores y actuadores. </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN Y CONTROL DE </p><p>PROCESOS </p><p> INSTRUMENTOS </p><p>INSTRUMENTACIN </p><p>VARIABLES FSICAS Y SIMBOLOGA ISA </p><p>CONTROL DE PROCESOS DIAGRAMAS </p><p> P&amp;ID </p></li><li><p>GENERALIDADES Los procesos industriales exigen el control de la fabricacin de los </p><p>diversos productos obtenidos. Los procesos son muy variados y </p><p>abarcan muchos tipos de productos tales como: derivados del petrleo, </p><p>alimentos, industria cermica, centrales generadoras de energa, </p><p>siderurgia, tratamientos trmicos, industria papelera, industria textil, etc. </p><p>En estos procesos es necesario, registrar, controlar y mantener </p><p>constantes algunas magnitudes y variables como: presin, temperatura, </p><p>caudal, nivel, pH, conductividad, velocidad, humedad, punto de roco, </p><p>etc. </p><p>Los INSTRUMENTOS DE MEDICIN Y CONTROL permiten el </p><p>mantenimiento y regulacin de estas variables para una operacin </p><p>industrial adecuada. </p></li><li><p>INSTRUMENTO, Segn: </p><p>La sociedad de instrumentos de amrica o Instrument Society of America, ISA </p><p> Un dispositivo directa o indirectamente usado para medir y/o controlar una variable. El termino incluye, elementos primarios, elementos </p><p>finales de control, dispositivos de computo y dispositivos elctricos. </p><p> Un dispositivo para medir el valor de un atributo observable; el dispositivo puede meramente indicar el valor observado o puede </p><p>tambin registrarlo o controlarlo. </p><p> Medidores, Registradores, Controladores </p><p>CONCEPTOS BSICOS </p></li><li><p>CONCEPTOS BSICOS </p><p>Un conjunto de instrumentos </p><p>integrados con el propsito </p><p>de observar, medir o </p><p>controlar una variable de </p><p>proceso o magnitud fsica </p><p>INSTRUMENTACIN </p></li><li><p>Simbologa ISA y SAMA. </p><p> De la misma forma que en otros campos de la ciencia y la ingeniera, </p><p>los instrumentos de medicin tambin han generado la necesidad de </p><p>crear organizaciones que agrupen a los especialistas del campo. </p><p>Actualmente existen diversas organizaciones en el campo de la </p><p>Ingeniera de las cuales destacan en la instrumentacin las siguientes: </p><p>Un conjunto de instrumentos integrados ISA </p><p>(Instrument Society of America) </p><p>variable de proceso o magnitud </p><p>fsica </p><p>SAMA (Scientific </p><p>Apparatus </p><p>Manufacturing </p><p>Association </p></li><li><p>Clases de instrumentos FUNCIN DEL INSTRUMENTO </p><p>CIEGOS Sin indicacin viva </p><p>de la variable </p><p>Alarmas, interruptores </p><p>de presin y </p><p>temperatura </p><p>Transmisores de caudal, </p><p>nivel, presin y </p><p>temperatura sin indicacin </p><p>TRANSDUCTORES </p><p>CONVERTIDORES </p><p>CONTROLADORES </p><p>Reciben una seal de entrada y la convierten </p><p>modificada o no en una seal de salida </p><p>PP/P - PP/I </p><p>Reciben una seal de entrada neumtica o electrnica, </p><p>modificada la enva como seal de salida estndar </p><p>P/I - I/P Comparan la variable controlada </p><p>con un S.P , Accin correctiva </p></li><li><p>Clases de instrumentos </p><p>VARIABLE DEL PROCESO </p><p>Caudal, Flujo, Nivel, Presin, </p><p>Temperatura, Composicin, Razn </p><p>de alimentacin, Humedad, tamao, </p><p>pH, etc. </p></li><li><p>Cuadro Resumen Clasificacin de instrumentos </p></li><li><p>Las lneas se usan para indicar como estn montados los instrumentos </p><p>como se indica en el ejemplo. </p><p>En el interior del smbolo existe una informacin alfanumrica que permite </p><p>identificar al instrumento, la primera es la identificacin funcional (prefijo de </p><p>la placa) la segunda identifica el numero de lazo (numero de placa). </p><p>A continuacin se presentan dos tablas, la primera con las asignaciones y </p><p>significados de los smbolos, y en la segunda los cdigos utilizados para el prefijo </p><p>de la placa. </p><p>Simbologa ISA y SAMA </p></li><li><p>INSTRUMENTOS DE MEDICIN </p><p>MANMETRO DE BOURDN </p><p>CONVERTIDOR P/I </p><p>VARIADOR DE </p><p>FRECUENCIA </p></li><li><p>INSTRUMENTOS DE MEDICIN </p><p>Manmetro de Bourdn </p></li><li><p>Manmetro de Bourdon </p></li><li><p>Placa orificio </p></li><li><p>Placa orificio Placa orificio </p></li><li><p>Placa orificio </p></li><li><p>Placa orificio </p></li><li><p>Venturi </p></li><li><p>Venturi </p></li><li><p>Rotmetro </p></li><li><p>Termocupla </p></li><li><p>Termocupla </p></li><li><p>Infrarojo </p></li><li><p>Bimetlicos </p></li><li><p>De mercurio </p></li><li><p>Flotador </p></li><li><p>Transmisor de pH </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p>Rango y alcance? </p></li><li><p>Tipos de controladores </p><p>PID </p><p>P: Proporcional </p><p>I: Integral </p><p>D: Derivativo </p></li><li><p>Tipos de controladores </p><p>Proporcional </p><p>Manipula el elemento de control </p><p>de modo On/Off </p></li><li><p>Tipos de controladores </p><p>Integral </p><p>Suma el error anterior y maneja </p><p>el elemento de control </p><p>proporcional al error </p></li><li><p>Tipos de controladores </p><p>Derivativo </p><p>Maneja el elemento de control </p><p>proporcional a la velocidad de </p><p>cambio del error </p></li><li><p>PROCESO DE MEDIDA </p><p>Efectuar la configuracin operacional y tcnica </p><p>del uso de residuos para producir biogs y </p><p>energa elctrica </p><p>Comparacin de la variable con una unidad </p><p>estndar o patrn de medida. Puede ser </p><p>directa o indirecta (variable intermedia) </p></li><li><p>PROCESO DE MEDIDA </p><p> Elemento primario (sensor): En contacto con el proceso Captador: Medida del sensor Transductor: Adecuacin de la seal Transmisor: Conversin. </p><p> Filtrado y potencia. </p><p> Transmisin de la seal. </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p>DEFINICIONES BSICAS </p><p> Rango: Conjunto de valores de la variable que puede ser medido por un instrumento. Lmite superior e inferior. Ej: 50 C-150 C </p><p>Alcance: Diferencia entre los valores superior e inferior del rango. </p><p>Ej: 1000 C </p><p>Error de medida: Diferencia entre la medida producida por el </p><p>instrumento y la medida ideal. (Calibracin). Puede ser esttico o </p><p>dinmico. </p><p>Precisin de referencia o tolerancia: lmite mximo del error de </p><p>medida (condiciones nominales): </p><p>Absoluta </p><p>Porcentaje de alcance </p><p>Porcentaje lmite superior de rango </p><p>Porcentaje valor medido </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p> Zona (banda) muerta: Rango de variacin de la variable </p><p>medida que no produce cambio apreciable en la salida del </p><p>mismo. Relacionado con la friccin esttica. (% Alcance). </p><p> Repetibilidad: Capacidad del instrumento para medir valores </p><p>idnticos para los mismos valores de la variable fsica y </p><p>condiciones de medida (% Alcance). </p><p> Sensibilidad: Relacin que existe entre el incremento en la seal de salida del intrumento y el de la variable fsica </p><p>(pendiente). </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p>DEFINICIONES BSICAS </p><p> Sesgo: Error constante que afecta a la medida en todo su rango de </p><p>funcionamiento. Se puede corregir por calibracin. </p><p>Tiempo de medida: Tiempo que tarda el dispositivo en calcular la </p><p>medida. Puede introducir retardos. </p><p>Fiabilidad: Tiempo medio entre fallos </p><p>Vida til: Duracin aproximada del dispositivo de medida </p><p>Condiciones de servicio: Condiciones externas (temperatura, </p><p>presin, humedad, ) en las que el instrumento de medida funciona adecuadamente. </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p>Resolucin: Incremento ms pequeo </p><p>de la variable fsica que produce un </p><p>cambio apreciable en la medida (salida </p><p>del instrumento) (absoluta % </p><p>alcance). </p><p>Histresis: Valor mximo de la </p><p>diferencia entre las medidas en sentido </p><p>creciente y decreciente de la variable </p><p>(% alcance) . </p><p>Linealidad: Error mximo que se </p><p>comete al aproximar la funcin por una </p><p>lnea recta. </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p>Medida </p><p>Se</p><p>al </p><p>Histresis? </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p>Medida </p><p>Dif</p><p>eren</p><p>cia </p><p>de </p><p>la s</p><p>eal</p><p>Histresis=~5 </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p>Medida </p><p>Dif</p><p>eren</p><p>cia </p><p>de </p><p>la s</p><p>eal</p><p>Histresis=~5 </p></li><li><p>INSTRUMENTACIN DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES </p><p>Se</p><p>al </p><p>Medida </p></li><li><p>Campo de medida (RANGO) </p><p>Alcance (SPAN) </p><p>Error </p></li><li><p>Incertidumbre de la medida </p><p>Exactitud </p><p>Precisin </p></li><li><p>Zona muerta </p><p>Sensibilidad </p></li><li><p>Repetibilidad </p></li><li><p>Repetibilidad </p><p>Histresis </p></li><li><p>CLASIFICACIN DE LOS </p><p>INSTRUMENTOS </p><p>ACTIVOS </p><p>PASIVOS </p><p>Toman la energa del </p><p>proceso </p><p>Fuente de energa </p><p>externa </p><p>TIPO DE </p><p>MEDIDA </p><p>ANLOGOS Medida de la variable </p><p>continua </p><p>DIGITALES N finito de valores </p><p>ENERGA PRESENTACIN </p><p>LOCAL DE LA </p><p>INFORMACIN </p><p>CIEGOS </p><p>INDICADORES </p><p>REGISTRADORES </p><p>FUNCIN </p><p>ELEMENTOS PRIMARIOS </p><p>TRANSMISORES </p><p>CONVERTIDORES </p><p>CONTROLADORES </p><p>ACTUADORES (ELEMENTOS FINALES) </p></li><li><p>TRANSMISIN DE LAS MEDIDAS </p><p>Medio fsico: </p><p> Neumtico (magnitud: presin) Elctrico (magnitudes: tensin o intensidad) Radio (magnitud: ondas hercianas) Fibra ptica (magnitud: haces de luz) </p><p>Codificacin: </p><p> Analgica/digital Amplitud Modulacin de amplitud o frecuencia Anchura de pulso </p></li><li><p>TRANSMISIN NEUMTICA </p><p>MAGNITUD FSICA PRESIN DE AIRE </p><p>Rango: 0,2 a 1(kg/cm2) </p><p>3-15 (psig) </p><p> VENTAJAS </p><p> Transmisin segura en ambientes peligrosos Insensible a la contaminacin electromagntica. Inicialmente menor coste que elctricas Actuadores neumticos </p><p>DESVENTAJAS </p><p> Compresibilidad del aire Transmisin lenta Reducido a distancias cortas para limitar el retraso Sensibilidad a las condiciones del aire Humedad Suciedad (polvo, aceite): Filtros Requiere compresor </p></li><li><p>TRANSMISIN HIDRAULICA </p><p>Magnitud fsica: presin de aceite Caractersticas: </p><p>Incompresible: mayor rapidez Inflamable y sucio </p></li><li><p> Magnitud fsica: Tensin: 1 5 V, 0 10 V, 0-24 V Cadas de tensin en cables falsean la medida </p><p> Intensidad: 4 20 mA No se afecta por los cables </p><p> Ventajas: Alta velocidad de transmisin </p><p>Bajo coste </p><p>Electrnica </p><p>Desventajas </p><p>Sensibilidad a la contaminacin electromagntica </p><p>Cables apantallados </p><p>TRANSMISIN ELCTRICA </p></li><li><p>CONTROL DE PROCESOS </p><p>INDUSTRIALES Y </p><p>DIAGRAMAS DE PROCESOS P&amp;ID </p></li><li><p>Tipos de controladores </p><p>PID </p><p>P: Proporcional </p><p>I: Integral </p><p>D: Derivativo </p></li><li><p>Tipos de controladores </p><p>Proporcional </p><p>Manipula el elemento de control </p><p>de modo On/Off </p></li><li><p>Tipos de controladores </p><p>Integral </p><p>Suma el error anterior y maneja </p><p>el elemento de control </p><p>proporcional al error </p></li><li><p>Tipos de controladores </p><p>Derivativo </p><p>Maneja el elemento de control </p><p>proporcional a la velocidad de </p><p>cambio del error </p></li><li><p> Los sistemas de control de procesos se representan en diagramas </p><p> de tuberas e instrumentos (P&amp;ID) utilizando smbolos </p><p> normalizados. </p><p> Se representan: Instrumentacin, tuberas, bombas, motores y otros </p><p> elementos auxiliares. </p><p> Los instrumentos del lazo de control se representan por un </p><p> crculo con las letras de designacin del instrumento as como el </p><p> nmero identificativo del lazo de control al que pertenecen (Norma </p><p> ISA-S5.1): </p><p>DIAGRAMAS DE PROCESO (P&amp;ID) </p></li><li><p>EJEMPLOS DE SIMBOLOGA DE INSTRUMENTOS </p></li><li><p>DIAGRAMAS DE PROCESO (P&amp;ID) </p></li><li><p>DIAGRAMAS DE PROCESO (P&amp;ID) </p></li><li><p>CONTROL EN CASCADA </p><p>CONTROL DE TEMPERATURA DE UN HORNO SECADOR </p><p>A </p></li><li><p>CONTROL EN CASCADA </p><p>1 Control Directo </p><p>Figura A </p></li><li><p>CONTROL EN CASCADA </p></li><li><p>CONTROL EN CASCADA </p></li><li><p> Calderas de vapor </p><p> Secadores </p><p> Evaporadores </p><p> Hornos </p><p> Columnas de destilacin </p><p> Intercambiador de calor </p><p>APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE </p><p>PROCESOS </p></li><li><p>CALDERAS DE VAPOR </p></li><li><p>CALDERAS DE VAPOR </p></li><li><p> La regulacin de la combustin se basa en mantener constante la presin de vapor en la caldera. Las </p><p>variaciones correspondern a la diferencia entre el calor </p><p>tomado de la caldera como vapor y el calor suministrado. </p><p> El controlador de la presin de vapor ajusta la vlvula de </p><p>control de combustible. La seal procedente del caudal de </p><p>aire es modificada por un rel de relacin para ajustar la </p><p>relacin entre el aire y el combustible y pasa a un </p><p>controlador que la compara con la seal de caudal de </p><p>combustible. Si la proporcin no es exacta, se emite una </p><p>seal al servomotor de mando del ventilador o a la vlvula </p><p>de mariposa, de modo que el caudal de aire es ajustado </p><p>hasta que la relacin aire-combustible es correcta. </p><p>CALDERAS DE VAPOR </p></li><li><p>CAUDAL FUEL-OIL CAUDAL AIRE EN </p><p>SERIE </p><p>El controlador de presin ajusta el punto de consigna del </p><p>controlador de caudal de fuel-oil y esta variable acta a </p><p>travs del rel de relacin fuel oil-aire, como punto de </p><p>consigna del controlador de aire. Como las variaciones </p><p>de caudal de fuel oil influyen lentamente en la seal de </p><p>presin de vapor, el controlador maestro se ajusta para </p><p>una respuesta rpida ante cambios en la presin. En esta </p><p>disposicin si vara la presin del vapor, el caudal de fuel </p><p>oil cambia antes que el del aire de combustin. </p></li><li><p>CAUDAL FUEL-OIL CAUDAL AIRE EN </p><p>SERIE </p><p>Figura 1 </p></li><li><p>SECADOR CONTINUO DE EVAPORACIN </p><p>RPIDA </p><p>2 </p></li><li><p>SECADOR CONTINUO DE EVAPORACIN </p><p>RPIDA </p><p>Figura 2 </p></li><li><p>SECADOR ROTATORIO </p><p>3 </p><p>Figura 3 </p></li><li><p>EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO </p><p>4 </p></li><li><p>EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO </p><p>Figura 4 </p></li><li><p>EVAPORADOR DE TRIPLE EFECTO </p><p>5 </p></li><li><p>EVAPORADOR DE TRIPLE EFECTO </p><p>Figura 5 </p></li><li><p> La variables que regulan el funcionamiento de una columna de destilacin son: la presin en el tope de la columna, el caudal, la </p><p>composicin y la temperatura de la alimentacin, el calor entregado, </p><p>retirado, caudales de destilado y producto de fondo. </p><p> La presin en la columna se regula mediante UN CONTROLADOR DE PRESIN EN CASCADA CON UN CONTROLADOR DE </p><p>CAUDAL DE LOS GASES INCONDENSABLES que escapan del </p><p>condensador. </p><p> El caudal de alimentacin se regula con un CONTROLADOR DE CAUDAL QUE MANTIENE UN CAUDAL CONSTANTE. </p><p> COMPOSICIN CROMATOGRAFO acta sobre la columna cuando se presentan cambios en la composicin. </p><p> Control de la temperatura intercambiador de calor con vapor. La TEMPERATURA SE REGULA EN CASCADA CON EL </p><p>CAUDAL DE VAPOR. </p><p>COLUMNAS DE DESTILACIN </p></li><li><p>COLUMNAS DE DESTILACIN </p><p>Figura 6 </p></li><li><p>COLUMNAS DE DESTILACIN </p><p>Temperatura de </p><p>alimentacin Se regula en cascada </p><p>con el caudal de </p><p>vapor </p><p>Intercambiador de calor con vapor </p><p>Calor agregado a </p><p>la columna </p><p>Intercambiador de </p><p>calor en el fondo de </p><p>la columna o en un </p><p>plato intermedio </p><p>Un controlador de </p><p>caudal de vapor ajusta </p><p>el calor entregado por </p><p>el re hervidor </p></li><li><p>COLUMNAS DE DESTILACIN </p><p>Calor retirado de </p><p>la columna </p><p>Condensador de </p><p>gases en el tope de </p><p>la columna </p><p>Un controlador de </p><p>caudal de agua de </p><p>refrigeracin ajusta </p><p>este calor </p><p>Caudal de </p><p>destilado </p><p>Un controlador de nivel del </p><p>condensador EN CASCADA con un </p><p>controlador de caudal en la </p><p>extraccin </p><p>Caudal de producto </p><p>de fondo </p><p>Controlado indirectamente por el </p><p>controlador de nivel en la base de la </p><p>columna </p></li><li><p>INTRECAMBIADORES DE CALOR </p><p>(a) </p><p>(b) </p></li><li><p>INTRECAMBIADORES DE CALOR </p></li><li><p>Diagramas PID Se lo conoce como : Process and Instruments Diagram (PID) o Diagrama de </p><p>Caeras e Instrumentos Diagrama de Procesos Mecnicos Diagrama de Flujo de Ingeniera </p><p> Es el documento principal de un proyecto A diferencia del PFD es un plano fsico. Indica dimensiones, condiciones de diseo y dimetros de caeras </p><p>Contiene informacin utilizada por todas las especialidades de la Ingeniera </p></li><li><p> Equipos Se requiere una imagen ms pictrica que en el PFD </p><p>Diagramas PID </p></li><li><p>Diagramas PID </p></li><li><p> Indicacin de datos de diseo </p><p>Diagramas PID </p></li><li><p>Diagramas PID </p><p> Indicar elevaciones respecto del piso y </p><p>niveles de lquido en los recipientes para fijar los </p><p>SET POINT de controladores y puntos </p><p>de alarma o enclavamiento </p></li><li><p> Caeras </p><p>Diagramas PID </p><p>Deben estar TODAS las caeras de la planta y TODAS las vlvulas incluyendo purgas, venteos, drenajes, conexiones para vaciado de equipos, conexiones para lavado, barrido con vapor etc. </p><p>Todo lo que no se incluya en el PID no </p><p>va a estar en la planta </p></li><li><p> Caeras </p><p> Codificacin </p><p>Diagramas PID </p></li><li><p>Diagramas PID Caeras </p><p>Los cambios de clase deben estar claramente marcados Indicar todas las reducciones </p><p>Indicar necesidad de lneas con pendiente </p><p> Indicar el sentido de flujo en cada cambio de direccin </p></li><li><p>Diagramas PID Vlvulas </p><p> Cada tipo de vlvula debe tener un smbolo </p><p>identificatorio (esclusa, esfrica, globo, tapn, compuerta). </p><p> A veces una misma clase de ca...</p></li></ul>