UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA ESCUELA DE INGENIERIA EN ENERGIA

CONTROL AUTOMATICOSEMANA 3 (24/09/2012)

I. CONTENIDO

1.DEFINICIONES BASICAS DE CONTROL AUTOMATICO

2.MEDIDAS DE NIVEL

3.PRACTICA N 03

II. OBJETIVO

Conocer algunas definiciones de control automático e Identificar los medidores

de Nivel 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

1. DEFINICIONES BASICAS

De acuerdo a nuestra experiencia de la práctica, podemos ampliar algunas

definiciones tomando como ejemplo el control del caudal en el equipo EDIBON.

Nuestro SISTEMA es el inicio y final de la tubería donde quiero mantener un caudal

de 2 litros/minuto. El PROCESO es el suministro de agua al tanque superior a un

caudal de 2 litros/minuto mediante la tubería. La PLANTA o EQUIPO se refieren a la

tubería.

La VARIABLE DEL SISTEMA es el CAUDAL

El MEDIDOR es el caudalímetro de 0-10 litros/ minuto.(Elemento Primario)

El CONTROLADOR es el alumno que toma la decisión, lee el valor del caudal, lo

compara con un valor deseado o de entrada (1.5 litros/minuto) y actúa sobre la

válvula manual o bomba AB-2

El ACTUADOR es la válvula manual que regula el flujo o la bomba que activa el

flujo.

SISTEMA

PROCESO

PLANTA,

EQUIPO

SalidaEntrada

SISTEMA, PROCESO, PLANTA,

EQUIPO, puede referirse a lo

mismo, en algunos casos es parte

física o una actividad. La figura es

una representación del control

automático mediante bloques

1. DEFINICIONES BASICASDe manera similar de acuerdo a nuestra experiencia de la práctica, podemos ampliar

algunas definiciones tomando como ejemplo el control de la PRESION.

Nuestro SISTEMA es el tanque donde quiero mantener una presión de 70 mmH2O.

El PROCESO es el mantenimiento de agua en el tanque superior. La PLANTA o

EQUIPO se refieren al tanque.

La VARIABLE DEL SISTEMA es el CAUDAL

El MEDIDOR es el SENSOR DE PRESION

El CONTROLADOR es el alumno, es el que toma la decisión, lee el valor de la

presión, lo compara con un valor deseado o de entrada (80 mmH2O) y actúa sobre la

válvula manual, electroválvulas AVS-2, AVS-3 o bomba AB-2.

El ACTUADOR es la válvula manual , electroválvulas o la bomba que activa el flujo.

Al sistema formado por el medidor, controlador y actuador se le conoce como

SISTEMA DE CONTROL

SISTEMA

PROCESO

PLANTA,

EQUIPO

SalidaEntradaLa figura es el DIAGRAMA DE

BLOQUES del control. Es un

control Semiautomático, debido que

existe un equipo de medición y el

Operador. Si no existiese equipo de

medición, es un Control Manual.

Luego veremos que el Controlador

será la UCP, entonces será un

Control Automático.

SISTEMA DE

CONTROL

2. MEDIDAS DE NIVELAutorregulación. La autorregulación es una reacción inherente a un proceso que

ayuda al establecimiento del equilibrio o estado estacionario del mismo. Se dice

que un proceso es autorregulado cuando, partiendo de una situación de equilibrio,

alcanza un nuevo estado de equilibrio después de cualquier variación de carga,

entendiendo por carga la cantidad de materia y energía necesarios para mantener

el equilibrio.

El intercambiador de la Figura es autorregulado. Manteniendo constante la entrada

de vapor, si se modifica la apertura de la válvula de entrada de agua fría (carga), la

temperatura del agua caliente se estabilizará en un nuevo valor. Por el contrario, el

proceso de nivel de la Figura no es autorregulado. Manteniendo constante la salida

por medio de la bomba, una variación en la apertura de la válvula de entrada

(carga), perturba el nivel de forma importante, llegando a desbordarse o bien

quedar vacío el recipiente.

El cambio en la medida de nivel se

realizará en forma de rampa

ascendente o descendente a una

velocidad que depende de la

perturbación creada por la válvula

de entrada. Este mismo sistema

puede ser autorregulado si se

agrega una válvula en la salida,

que sustituye la bomba.

2. MEDIDA DE NIVELCapacitancia. Es el cambio necesario de materia o de energía para realizar un

cambio unitario en una variable de referencia. Por ejemplo, la capacitancia de

volumen en un tanque abierto con respecto a la altura hidrostática, es el cambio en

volumen de líquido almacenado por unidad de cambio de altura, lo cual es

equivalente al área de la superficie de líquido.

Capacitancia = Volumen = Superficie de líquido

h

Cuanto mayor es la capacitancia, menor altura de nivel ha de moverse para

desplazar un mismo volumen. Como consecuencia, cuanto menor sea la

capacitancia más ruido tendrá la medida de nivel.

2. MEDIDA DE NIVELModelo Matemático del Sistema. En el

sistema mostrado en la Figura, la salida de

líquido es constante al depender de la bomba,

mientras que el caudal de entrada se puede

manipular. La velocidad de cambio de volumen

(v), contenido en el recipiente, es igual a la

diferencia entre los caudales de entrada (Fe) y

salida (Fs). El modelo matemático es el

siguiente:

dv = Fe-Fs

dt

Integrando para obtener el volumen tenemos, V= ∫(Fe-Fs)dt

Si el tanque es vertical con área interior uniforme y V es su capacidad total, la

altura de líquido correspondiente al nivel será h = v/V

De las dos expresiones anteriores podemos obtener h= 1 ∫(Fe-Fs)dt

la altura de nivel como : V

El nivel en el tanque se debe controlar manualmente ajustando la posición de la

válvula de entrada. Si la apertura de válvula es ligeramente superior o inferior al

equilibrio con la salida, el tanque se desbordará o quedará vacío.

2. MEDIDAS DE NIVEL

Esta característica es la denominada falta de autorregulación y significa que el

proceso de integración no se puede equilibrar por sí mismo, o lo que es igual,

carece de estado estacionario. Los procesos no autorregulados no pueden ser

desatendidos durante largos períodos de tiempo si no se dispone de control

automático. Por el contrario, los procesos autorregulados, como el caso del

intercambiador de calor o el depósito sin bomba, son fácilmente controlables.

En la figura muestra la relación Δh y V/F, donde F es el mismo caudal que deja

pasar las válvulas de entrada y salida y es equivalente al tiempo

2. MEDIDAS DE NIVEL2.1 Medidores locales de nivel con cristales de reflexión

Se utilizan normalmente en recipientes cerrados en los que la presión es muy

superior o muy inferior a la atmosférica. La presión máxima de trabajo suele estar

en torno a 400 kg/cm2 y la temperatura máxima alrededor de 300 °C. Ejemplo

Calderines de Vapor

Los cristales de reflexión son prismas de vidrio templado, de sección rectangular

provistos de estrías longitudinales. Las estrías tienen sección rectangular y su

objeto es el de hacer visible el nivel, incluso cuando el fluido de proceso sea

incoloro o transparente. Los cristales del nivel están aprisionados, mediante

tornillos, en una caja de acero

2. MEDIDAS DE NIVEL2.2 Medidas de nivel utilizando desplazador

Se basa en el principio de Arquímedes, establece que un cuerpo sumergido en un

líquido es empujado hacia arriba con una fuerza igual al peso del volumen de

líquido desplazado. Si consideramos la Figura y se mide la diferencia en peso de

un elemento parcialmente sumergido a diferentes grados de profundidad, se puede

determinar el nivel de líquido en el que se encuentra sumergido el desplazador. La

siguiente ecuación es útil para determinar la fuerza ejercida por el desplazador

donde:

F = Fuerza total ejercida

Lm = Altura de nivel a medir

P = Peso del desplazador

Lz = Altura de nivel respecto al

fondo

V = Volumen del desplazador

H = Longitud del desplazador

ρ = Densidad del líquido

2. MEDIDAS DE NIVEL2.3 Medidor de desplazador con tubo de torsión

Aunque existen desplazadores con diversas formas geométricas, tales como

cilíndricos, esféricos, etc., en este apartado se muestra como ejemplo un tipo de

medidor cuyo desplazador es cilindrico. Este tipo de medidor, que aparece en la

Figura se basa en el principio de Arquímedes. El desplazador está suspendido de

un brazo conectado al sistema de torsión y su peso es superior al máximo empuje

ascendente que puede recibir del líquido en el que se encuentra sumergido. El

brazo de torsión está diseñado para rotar una cantidad específica por cada cambio

en el empuje, siendo insensible a los cambios de presión en el recipiente.

2. MEDIDAS DE NIVEL2.4 Medidas de nivel por presión diferencial

El sistema no mide el nivel de líquido sino la presión ejercida y, como la presión es

proporcional a la altura de columna de líquido, el medidor «infiere» la posición

actual del nivel. Utiliza la f´rmula H = P/ρ, P = Presión del líquido , ρ = densidad

La Figura muestra un tanque abierto, es decir, a presión atmosférica, con una

instalación típica para la medida de nivel.

El transmisor tiene conectada la rama positiva en el lado de alta presión (AP) y la

rama negativa en el lado de baja presión (BP). La presión diferencial que mide el

transmisor será:

2. MEDIDAS DE NIVEL2.4 Medidas de nivel por presión diferencial

El sistema se trata de un recipiente cerrado, como el de la Figura y la superficie de

líquido contenido en el recipiente está sometida a presión estática superior a la

atmosférica, esta presión se suma a la carga hidrostática, por lo que se debe

utilizar un método que compense el valor de esa presión.

Por otro lado, en ocasiones no es posible montar el transmisor con la rama positiva

a la misma altura que la toma de alta presión, siendo necesario montar el

transmisor en posición más baja que la toma de alta presión para llevar a cabo

labores de mantenimiento. El tipo de montaje que se utiliza para esta situación es

el que aparece en la Figura, el cual compensa además la presión estática al tener

conectada la rama negativa a la zona de gas del recipiente

El sistema es un ejemplo de

medir el nivel de tanques

cerrados de GLP

2. MEDIDAS DE NIVEL2.4 Medidas de nivel por presión diferencial

un sistema de medida de nivel interfase entre dos líquidos como pueden ser gas

licuado de petróleo (LPG) y agua de proceso, con un montaje como el de la Figura,

el cual representa la «bota» de un acumulador. En este caso nos interesa conocer

el nivel de agua decantada en el recipiente, es decir, el nivel de líquido más denso.

Hay que hacer notar que aunque el transmisor pueda ser situado por debajo de la

toma inferior, la rama positiva se llena del líquido más denso, por desplazamiento

del más ligero. Por otro lado, la rama negativa ha de ser llenada con el líquido más

denso para efectuar el sellado de la misma.

2. MEDIDAS DE NIVEL2.5 Medidas de nivel por borboteo

En depósitos abiertos conteniendo líquidos fangosos, que podrían obstruir las

tomas de presión, la medida de nivel se puede realizar por medio de este método.

Se hace borbotear aire a través del líquido mediante una sonda, y la presión que

se opone al borboteo es proporcional a la altura de líquido «H.

Como ya se ha dicho anteriormente, si la densidad del líquido es constante, la

presión capaz de vencer la columna de líquido en el depósito es:

2. MEDIDAS DE NIVEL2.6 Medidas de nivel por diferencia de temperatura

El sistema de medida de nivel que se muestra en la Figura 3.17 se utiliza en

productos sucios, parafinosos o pesados, tales como fondos de columnas de

destilación a vacío, fraccionadoras en unidades de FCC Coquer, etc., donde es

problemática la medida de nivel con sistemas de desplazador, presión diferencial o

cualquier otro sistema. Cuando el termopar no está bañado por el producto, al ser

más corto que el tubo de conexión al recipiente, indicará la temperatura ambiente

de ese tramo de tubo, lógicamente más baja que la del producto. Al ascender el

nivel en el recipiente, el gran tamaño del tubo curvado permite al producto fluir

hacia arriba hasta alcanzar el tramo horizontal donde está situado el termopar. La

indicación de temperatura corresponderá en este momento a la del producto.

2. MEDIDAS DE NIVEL2.7 Interruptores de Nivel

La Figura muestra un interruptor que se acciona en función del nivel cuyo montaje

debe realizarse en la parte superior del recipiente. El principio de operación es

muy simple. El interruptor se acciona por medio de un sistema de material

magnético actuado por el flotador. El interruptor y el imán están sujetos a un brazo

basculante.

2. MEDIDAS DE NIVEL2.8 Medidas de Nivel en Calderines de Vapor

Se emplean dos tipos:

De Cristales de reflexión y de Presión Diferencial, tal como se muestra en la figura

2.9 Medidas de Nivel de Sòlidos

Aunque existen diversos tipos de medidores de nivel de sólidos, como son los de

tipo capacitivo, ultrasonidos, proximidad y del tipo radiactivo como por ejemplo

para medida de nivel de carbón en las cámaras existentes en las unidades de

coquización retardada.

3. PRACTICA

N° 03