PRESENTACIÓN DEL CASO

El objeto de esta nota es indicarle las recomendaciones necesarias para el seguimiento

del caso de la asignatura de Control de Procesos.

Los libros en que se basa el caso son de tipo general a fin de conocer los diferentes tipos

de sensores y actuadores, estructuras de contol, con el propósito de poder consultar los

catálogos de los fabricantes de instrumentación, que son la fuente más fiable del estado

del arte actual en este tema.

A) SENSORES Y ACONDICIONADORES DE SEÑAL de Ramón Pallás Areny, se

ajusta mejor a la parte del programa que describe los sensores desde el punto de vista

del tipo de señal que producen y como debe ser tratada. Los sensores son agrupados por

el tipo de señal que producen (sensores capacitivos, resistivos, de reactancia variable,

generadores de tensión o carga,…..)

B) INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL de Antonio Creus Solé, describe mucho

mejor los sensores y actuadores desde el punto de vista de la variable a medir (sensores

de presión temperatura, caudal,…), que es el procedimiento general de acceso a la

información en los catálogos de sensores y actuadores en Internet

Por otra parte gran parte de la información del curso se debe obtener por los alumnos

directamente a través de Internet. Los libros recomendados son generales y sirven para

entender las especificaciones de sensores y actuadores dadas por los fabricantes en

catálogos que están en Internet. La comprensión y localización de instrumentos en estos

catálogos constituye el objetivo fundamental de este curso.

El estudio de la asignatura “Control de Procesos” para reforzar usa la didáctica de tipo

“método del caso”, es decir no hay que aprenderse cosas de memoria sino realizar la

instrumentación de un proceso, para ello será necesario consulta en la red buscando la

solución más correcta al problema presentado.

El problema se presentará por medio de un Esquema de control (también conocido

como Diagrama de tuberías e instrumentación o P&ID ( Pipping and Instrumentation

Diagram)), el trabajo consistirá en la especificación de la instrumentación a utilizar para

que el proceso funcione. Este trabajo se realizará mediante la consulta a catálogos para

la selección de los sensores y actuadores que cumplan las especificaciones. Estos

ejercicios constituirán la base para la calificación de la asignatura.

El estudio del caso debe comenzar por el capitulo 1 del libro Instrumentación industrial.

En él además de conocer los fundamentos de la instrumentación se incluyen las normas

para entender los Esquema de control(también conocido como Diagrama de tuberías e

instrumentación o P&ID( Pipping and Instrumentation Diagram)), que será el elemento

fundamental para entender los ejercicios y cualquier plano de Sensores y Actuadores.

En las direcciones de Internet que se adjuntan (Apéndice II) se incluyen direcciones

para ampliar el conocimiento de estos esquemas.

EJERCICIO PROPUESTO

El sistema de este ejercicio es la columna de destilación que está en el capítulo de

Aplicaciones en la Industria. Esquemas típicos de Control que en muchas ediciones es

el Apartado 11.5. En todo caso al final incorporo este apartado para que no haya dudas.

a) Estudiar el Diagrama de Tuberías e Instrumentación P&ID. Completarlo

numerando los sensores y actuadores

b) Añadir a la columna de destilación medidas de temperatura y concentración de

metano, con alarma para la seguridad por exceso de metano. Describir su

funcionamiento

c) Acumular el producto extraído en un tanque con medida de nivel y alarma por

llenado que active el cierre de la válvula de la rama de extracción.

d) Describir los sensores y actuadores que intervienen.

e) Especificar los sensores y actuadores que intervienen en todo el proceso. (Para

ello consulte los catálogos y seleccione los elementos a usar, y especifique los

elementos de instrumentación y control de este proceso.).

EJEMPLO DE PROCESO

El esquema presenta un sistema de caldera para el secado de un producto, la

magnitud controladora es la humedad del producto a la salida. La secadora se calienta por

medio de unos quemadores de combustible que son controlados por medio de válvulas

que controlan la mezcla aire-combustible. (Los datos del proceso los puede elegir a

voluntad)

a) Estudiar el Diagrama de Tuberías e instrumentación (P&ID).

b) Estudiar los sensores de Presión, Nivel, Caudal, Temperatura y Humedad.

También los diferentes tipos de válvulas.

c) Describir el proceso.

d) Seleccionar Instrumentos que cumplen las especificaciones.

a.- Como se ha descrito en el enunciado del ejercicio, se trata de un secador se

calienta por medio de unos quemadores que son controlados por medio de válvulas

que regulan la mezcla aire-combustible.

En la secadora se usan elementos que miden y controlan los productos primarios, esto

se realiza por medio de señales eléctricas que permiten por medio de señales

neumáticas controlar el flujo de aire/combustible para obtener resultados deseados,

En el diagrama se encuentran dos lazos:

El primer lazo con subíndice 10 son los componentes que controlan y regulan la

tubería de combustible.

El segundo lazo con subíndice 11 son los componentes de la tubería por donde circula

el aire.

Los componentes de cada lazo son los siguientes:

En el lazo 10

MT/10: Transmisor de humedad.

MIC/10: Controlador indicador de humedad.

FT/10: Transmisor de caudal.

FIC/10: Controlador indicador de caudal.

FY/10: Convertidor de señal eléctrica a neumático.

En el lazo 11

FT/11: Transmisor de caudal.

FIC/11: Controlador indicador de caudal.

FY/11: Convertidor de señal de eléctrica a neumática.

FY/11a: Calculador de la relación Aire-Combustible

b.- En la temperatura de la secadora intervienen, dos productos (Combustible y Aire)

que deben mezclarse manteniendo un equilibrio a fin de que la humedad del producto

de salida sea la esperada, para ello es necesario instrumentos de medición que tengan

contacto directo con dichos productos, estos instrumentos son los sensores de caudal

que son empleados en las tuberías por donde circulan los productos.

En este caso existen dos tuberías de alimentación al proceso, donde se encuentran

para cada una, un transmisor de caudal (FT/11 y FT/10) adjuntos a placas orificios

para medir el aire y combustible que por ellas circulan.

Este es un proceso controlado en donde existe una relación de salida con la entrada

con el propósito de controlar la humedad del producto de salida de la secadora antes

de que el producto vaya al almacén. Para ello se usa un transmisor de humedad MT-

10 que mide la humedad y envía una señal eléctrica a los otro dispositivo

perteneciente al proceso con el fin de controlar el calor suministrado a la secadora

(por medio de la relación aire/combustible) a fin de mantener constante la humedad el

producto resultante a la salida.

A continuación se describen los sensores y válvulas pertenecientes al proceso:

Transmisores + Sensores:

En el lazo 10

FT/10: Transmisor de caudal de presión diferencial (usa una placa de orificio mide el

caudal de combustible).

En el lazo 11

FT/11: Transmisor de caudal de presión diferencial (usa una placa de orificio mide el

caudal de aire).

MT/10: Transmisor de humedad (mide y transmite el índice de humedad del producto

a la salida de la secadora)

Válvulas:

En el lazo 10

Válvula de control: Regula la salida combustible, es activada por medio de una señal

neumática.

En el lazo 11

Válvula Pistón: Regula la salida de aire hacia la secadora por medio de una señal

neumática.

c.- En el diagrama se dibujan dos tuberías que alimentan al calentador con aire y

combustible, el caudal de ambos productos en cada tubería se mide de manera

parecida por medio de una placa orificio adjunta a un transmisor el cual emite una

señal eléctrica.

El proceso de lazo cerrado se realiza de un Transmisor de Humedad (MT/10), en la

salida de la secadora, este envía una señal eléctrica al controlador/indicador de

humedad (MIC/10), este de acuerdo con los parámetros de control deseados y la

humedad medida envía una señal eléctrica al controlador indicador de caudal

(FIC/10) que a su vez recibe una señal eléctrica del transmisor de caudal (FT/10),

El controlador (FIC/10) dependiendo del caudal medido y la consigna enviada por

controlador (MIC/10), emite una señal eléctrica al convertidor FY/10 que convierte

esta señal eléctrica en señal neumática necesaria para que la apertura de la válvula y

así controlar la cantidad de combustible para que la mezcla sea la adecuada..

El lazo 11 pertenece a los componentes que regulan la tubería de aire, dichos

componentes mantienen relación directa con los componentes que regulan la tubería

de combustible (el lazo 10) por medio de un dispositivo encargado de relacionar la

mezcla aire-combustible, de la siguiente manera: si el flujo FY/11 de combustible

varia, la referencia para el controlador de aire variara para mantener la mezcla de aire-

combustible necesaria para que se obtengan los niveles deseados de calor en las

secadoras manteniendo los niveles mínimos de error.

La señal enviada por el calculador de la relación aire/combustible (FY/11a) junto con

la señal eléctrica enviada por el transmisor (FT/11), permiten que el controlador

indicador de caudal (FIC/11) envíe una señal eléctrica que es convertida a señal

neumática para regular la válvula de pistón que permitirá regular el paso de aire en su

mezcla con el combustible en los valores deseados..

d.- A continuación se seleccionarían los instrumentos entre los diferentes catálogos de

suministradores consultando en Internet.

Aclaraciones para la realización del ejercicio

Cuando se refiere a estudiar determinados sensores se pide leer en la bibliografía lo que

se refiere a ese sensor (Creus) y sus métodos de medida (Pallas). En el caso de sensores

de caudal pueden ser más de 100 páginas. Obviamente este trabajo no se debe incluir

en la redacción del ejercicio.

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En la selección en los catálogos del instrumento a utilizar se puede indicar el

instrumento elegido con una pequeña descripción.

Es necesario incluir dibujo o foto, con la identificación en el P&ID, marca y modelo,

acompañado de una pequeña descripción y la dirección de la página web donde se

encuentra

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No existe un modelo de solución único de ningún ejercicio, ya que no son ejercicios

académicos. Esto es un ejercicio práctico y por lo tanto no tiene solución sino

propuestas.

CONSEJOS PARA EL ESTUDIO DEL CASO

El objetivo del CASO es la comprensión de planos de ingeniería de

industrias en el terreno de la instrumentación y el control. Estos planos se

denominan P&ID (Pipping and Instrumentation Diagrams) Diagramas de

tubería e instrumentación. Dado el enorme tamaño de algunas instalaciones

industriales( refinerías, Centrales eléctricas,…) existen cientos de

diagramas parciales que corresponden a sistemas más o menos

independientes, estos sistemas se relacionan entre sí con indicaciones que

permiten pasar información de un sistema a otro para poder entender el

funcionamiento de la planta completa.

Para ello se debe comenzar con el estudio de los componentes elementales

de dichos diagramas, en el Creus o en las otras direcciones de internet

suministradas en la presentación del Caso.

El siguiente objetivo es la selección de los instrumentos que hacen posible

el funcionamiento correcto de dichos sistemas. Para ello se deben utilizar

instrumentos reales es decir de los que existen en el mercado. Esto se

realiza consultando los diferentes catálogos en la red. Dado que los

catálogos dan por supuesto que el que los consulta sabe instrumentación es

necesario haber leído antes algo acerca del funcionamiento y características

de los equipos que aparecen en los catálogos.

Por eso en los dos libros recomendados existe una descripción de los

instrumentos que debe ser leída con el objetivo de comprender los

catálogos y efectuar una selección de instrumentos lo más adecuada al

propósito deseado. Se deben consultar solo la medida de las magnitudes

que intervienen en los sistemas a instrumentar.

A continuación debe leer las partes de los libros que le sean necesarias para entender los

ejercicios, una vez conozca el funcionamiento de los diferentes sensores y actuadores,

será el momento de consultar los catálogos en la Red a fin de encontrar el instrumento

que cumpla las especificaciones o las condiciones de funcionamiento de los

instrumentos y controles a considerar.

En el Apéndice I se indican algunas direcciones de Internet de fabricantes de sensores y

actuadotes, en los que se pueden encontrar los correspondientes catálogos. Dado que no

es una lista exhaustiva se deja al alumno la facultad de ampliar estas direcciones con sus

consultas libres a la Red.

En el Apéndice II se dan algunas direcciones para consultar información general sobre

sensores y actuadotes en la red. Es muy importante la parte de P&ID (Diagramas de

tubería e instrumentación) donde se explica como comprender estos diagramas. Esta

lista de recursos en Internet es indicativa existiendo muchas otras direcciones

interesantes en la Red para obtener información sobre sensores y actuadores.

Por último, si tiene algún tipo de pregunta, aclaración, o alguna indicación más

personalizada del trabajo o del curso, no dude en ponerte en contacto con el docente.

APENDICE I

LINKS DE SENSORES Y ACTUADORES

ROSEMOUNT

http://www2.emersonprocess.com/EN-US/BRANDS/rosemount/Pages/index.aspx

NATIONAL INSTRUMENTS

http://digital.ni.com/worldwide/spain.nsf/main?readform

MASONEILAN

http://www.masoneilan.com/

RS Electronica

http://es.rs-online.com/web/

EMERSON (Entrada General)

http://www2.emersonprocess.com/en-US/brands/Pages/AllBrands.aspx

FISHER

http://www.fisherregulators.com/ (Reguladores de presión)

http://www2.emersonprocess.com/en-

US/brands/fisher/Pages/FisherValvesInstruments.aspx

LESER (Válvulas de seguridad)

http://www.leser.com/

TYCO (Válvulas)

http://www.tycoflowcontrol.com/

http://www.tycovalves.com/

WIKA

http://www.wika.us/home_en_us.WIKA

http://www.wika.es/Home_es_es.WIKA

NUOVA FIMA

http://www.nuovafima.com/Corporate/jsp/index.jsp

DRESSER

http://www.dresser.com/

CESARE BONETTI

http://www.cesare-bonetti.it/

METSO

http://www.transwest-tb.com/manufacturers/Metso_Automation.htm

http://www.metso.com/miningandconstruction/mm_proc.nsf/WebWID/WTB-080911-

2256F-66A45?OpenDocument

ENDRESS AND HAUSER

http://www.endress.com/corporate

YOKOGAWA (Transmisores)

http://www.yokogawa.com/

HONEYWELL

http://hpsweb.honeywell.com/Cultures/en-US/Products/Instrumentation/default.htm

ROTORK

http://www.rotork.com/

ABB (Instrumentation)

http://www.abb.com/cawp/seitp326/9b0eeae291d72175c12571ef00201f62.aspx

Apéndice II

Consejos para encontrar información sobre Sensores y Actuadores en INTERNET

a) El libro de “Instrumentación Industrial” de Antonio Creus Sole se puede consultar

“on line” página a página en la dirección

http://books.google.com.co/books?id=cV6ZOqQ0ywMC&printsec=frontcover&dq=#v

=onepage&q=&f=false

b) Información sobre P&IDs (Diagramas de tubería e instrumentación)

En Wikipedia en español

http://es.wikipedia.org/wiki/Piping_%26_Instrumentation_Diagram

En el rincón del vago se encuentra una buena introducción a los P&IDs

http://html.rincondelvago.com/simbolos-de-instrumentacion.html

En Ingles

http://wcours.gel.ulaval.ca/2007/a/65214/default/5notes/P&IDs.pdf

http://controlsforyou.com/images/PDF%20Files/ISA/ISA-5.1-1984%28R1992%29.pdf

http://www.artikel-software.com/file/symb-v1.pdf

http://www.artikel-software.com/file/symb-v2.pdf

c) Un Blog muy interesante sobre Instrumentación industrial es

http://blog.instrumentacion-industrial.com/

y para Automatización industrial

http://automatizacion.bligoo.com/

Otra que contiene mucha información y un curso de variadores de velocidad, muy

interesante como introducción al control de motores eléctricos (actuadores eléctricos) y

otro de introducción a la instrumentación industrial.

http://www.instrumentacionycontrol.net/

http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-variadores-de-velocidad.html

http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-instrumentacion-

industrial.html

d) La página en ingles es muy útil para conocer el estado de la instrumentación

industrial en el mundo

http://www.isa.org/