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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA ESCUELA DE INGENIERIA EN ENERGIA SEMANA 2 CURSO: CONTROL AUTOMATICO PROFESOR: MSC. CESAR LOPEZ AGUILAR INGENIERO EN ENERGIA-INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA I. CONTENIDO 1.INTRODUCCION 2.MEDIDA DEL CAUDAL 3. MEDIDA DE LA PRESION 4. PRACTICA N 02 II. OBJETIVO Identificar los medidores del caudal y presión 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
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA ESCUELA DE INGENIERIA EN ENERGIA SEMANA 2
CURSO: CONTROL AUTOMATICOPROFESOR: MSC. CESAR LOPEZ AGUILAR
INGENIERO EN ENERGIA-INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA
I. CONTENIDO
1.INTRODUCCION
2.MEDIDA DEL CAUDAL
3. MEDIDA DE LA PRESION
4. PRACTICA N 02
II. OBJETIVO
Identificar los medidores del caudal y presión 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. INTRODUCCION
Según la definición el control automático, es el mantenimiento de un
valor deseado dentro de una cantidad o condición, midiendo el valor
existente, comparándolo con el valor deseado y utilizando la diferencia
para proceder a modificar su valor; este valor es el valor de una variable
energética que puede ser la Temperatura, el caudal, el Nivel, la Presión,
el voltaje, la corriente eléctrica, etc. Esta definición requiere adicionar un
concepto denominado sistema o proceso, que por el momento lo
definimos como una caja o bloque, donde se requiere mantener un valor
y en la cual tiene una entrada y salida.
SISTEMA
PROCESO
SalidaEntrada
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La siguiente figura muestra
la representación de un
SISTEMA O PROCESO
1. INTRODUCCION
Por ejemplo si quiero controlar la temperatura del aula, mi sistema es el
aula y el mantenimiento del valor deseado dentro de una cantidad será
20 °C, para lo cual debo medir o sensar la variable temperatura.
EJEMPLO N° 02
Para la figura, cual es el sistema, cual es la entrada, cual es la salida,
cual sería el valor deseado, que debo medir, donde debo medir, con
qué se va a mantener el valor deseado.
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1. INTRODUCCION
Si quiero controlar el caudal de agua que entra a un intercambiador de
calor, mi sistema será el intercambiador de calor y el mantenimiento del
valor deseado dentro de una cantidad puede ser 2 cm³/s, para lo cual
debo medir o sensar la variable caudal.
Entonces para saber el valor del caudal, se tiene que medir o sensar el
valor. El sistema queda de la siguiente manera:
COMO CONCLUSION: Para poder controlar hay que medir una variable,
se controla lo que se mide. Para lo cual es necesario conocer los
medidores o sensores adecuados de las variables CAUDAL, PRESION,
TEMPERATURA Y NIVEL.
SISTEMASalidaEntrada
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2. MEDICION DEL CAUDAL
La medida de caudal se utiliza en la industria para dos propósitos
fundamentales:
• Contabilidad. (Medir la cantidad de agua que consume un
domicilio), se le conoce como contadores.
• Control de procesos, medir el caudal en forma instantánea para
poder realizar el control automático
La Figura muestra una clasificación con los diferentes tipos de medidores de caudal y los
porcentajes aproximados de utilización.
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2. MEDICION DEL CAUDAL
En esta parte debemos responder las siguientes preguntas:
1. Cuales son los sensores de caudal que se utilizarán en las prácticas
de control y dónde de ubican?,
2. Cuál es el rango de medición?
3. Cuál es el principio de funcionamiento?
4. Cuales son sus aplicaciones energéticas?
Un medidor de tipo turbina consta básicamente de un rotor con alabes
soportado por un eje y con movimiento de rotación perpendicular a la
dirección del flujo. Por medio de un detector magnético, cada vez que
uno de los alabes pasa delante del mismo se produce un impulso al
cortar el campo magnético. El número de impulsos es proporcional a la
velocidad y, como consecuencia, al caudal que atraviesa el medidor.
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2. MEDICION DEL CAUDAL
Los medidores de caudal por área variable, conocidos como
rotámetros, utilizan el mismo principio de medida que los medidores por
presión diferencial, es decir, la relación entre la energía cinética y la
energía debida a la presión. En el sistema de presión diferencial (dP) el
área correspondiente a la restricción es constante y la presión diferencial
cambia en función del caudal (Q).
Estos son los tipos de medidores que utiliza el equipo EDIBON y la
unidad de medida es litros/minuto. Ejemplo 2 litros/minuto.
En las siguientes figuras, se muestra el equipo EDIBON, se identifica las
siguientes medidores de caudal.
02 Medidores de caudal de área variable
01 medidor de caudal tipo Turbina
01 Válvula proporcional motorizada, infinitamente variable.
03 electroválvulas
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Un sensor de flujo, fijo, tipo turbina
Dos caudalímetros de área variable (0.2-2 l/min, con llave
manual.
EQUIPO EDIBON
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Dos caudalímetros de área variable (0.2-10 l/min), y con
llave manual.
EQUIPO EDIBON
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MEDIDOR TIPO TURBINA
VALVULA PROPORCIONAL
ELECTROVALVULA
CAUDALIMETRO AREA VARIABLE
2. MEDICION DEL CAUDAL (TIPOS)
Los medidores por desplazamiento positivo
Operan atrapando un volumen unitario y conocido de líquido (Vu),
desplazándolo desde la entrada hasta la salida, y contando (N) el número
de volúmenes desplazados en un tiempo determinado (t). Se conocen con
el nombre genérico de contadores porque cuentan el volumen de líquido,
independientemente del tiempo transcurrido. Si se desea obtener la
medida en forma de caudal (Q), hay que incluir la unidad de tiempo,
teniendo entonces que:
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Con los contadores se obtiene la medida de
forma directa, sin tener que recurrir a ningún
tipo de cálculo. Existen varios tipos de
contadores, pero aquí solo vamos a ver el
de ruedas ovales que muestra la Figura.
2. MEDICION DEL CAUDAL (TIPOS)
Los medidores másicos
Los medidores másicos están diseñados para medir directamente el caudal
de fluido en unidades de masa, tal como kg/h, en lugar de medir el caudal
en volumen, como m3/h. Se muestra el de tipo momento angular, constan
de dos rotores introducidos en el paso de fluido. El primero de los rotores se
hace girar a velocidad constante para imprimir una velocidad angular al
fluido, mientras que el segundo permanece fijo. Esto hace que se produzca
un par de torsión en el segundo rotor proporcional al caudal en masa.
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El medidor tipo momento angular se muestra la
Figura. Constan de dos rotores introducidos en el
paso de fluido. El primero de los rotores se hace
girar a velocidad constante para imprimir una
velocidad angular al fluido, mientras que el
segundo permanece fijo. Esto hace que se
produzca un par de torsión en el segundo rotor
proporcional al caudal en masa.
2. MEDICION DEL CAUDAL
Los medidores de área variable (rotámetros)
consta básicamente de un tubo vertical troncocónico,
en muchas ocasiones de cristal, en cuyo interior se
encuentra un flotador. El fluido entra por la parte
inferior del tubo, arrastrando el flotador en dirección
ascendente. Al ascender el flotador va dejando libre
un área en forma anular hasta que la fuerza producida
por la presión diferencial en las caras superior e
inferior del flotador se equilibra.
Los medidores por presión diferencial
El método más ampliamente utilizado para la
medida industrial de caudales es el que se realiza a
partir de la presión diferencial. Existen varios tipos
de elementos de medida basados en este principio,
como son: placas de orificio con diversas formas,
tubos Venturi, toberas, tubos Pitot, tubos Annubar,
etc., aunque dentro de ellos los más utilizados son
las placas de orificio.
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3. MEDICION DE LA PRESION
3.1 PRINCIPIOS
PRESION EN LOS LIQUIDOS (Incompresible)
La presión en un punto cualquiera del liquido es igual a la
presión P0 en la superficie libre más el peso de una
columna de líquido que tenga por base la unidad de
superficie y por altura la distancia vertical entre dicho
punto y la superficie libre.
Ejemplos: Almacenamiento de combustibles líquidos
PRESION EN LOS GASES (compresible)
La presión de los gases depende de:
* Número de moléculas del gas.
• Masa de las moléculas del gas.
• Velocidad media.
Ejemplo, almacenamiento de GNV o GLP, amoniaco
(refrigeración), vapor en calderos acuotubulares,
pirotubulares
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3. MEDICION DE LA PRESION
METODOS PARA MEDIR LA PRESION
Al estudiar la variedad de métodos existentes para medir la presión se
necesita realizar algún tipo de subdivisión. El rango de medida puede
estar comprendido entre:
• Algunos milímetros de columna de agua (mm CA).
• Muchos kilogramos por centímetro cuadrado.
Por otro lado, la indicación de presión se puede obtener por medio de:
• Medida directa
• Medida indirecta
Los instrumentos que miden directamente la presión determinan la
magnitud de la misma de acuerdo a alguna de las leyes vistas
anteriormente, y obtienen la indicación a partir de ellas.
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3. MEDICION DE LA PRESION
METODOS DE MEDICION
MEDIDICION DIRECTA
• Medición de la presión por columna de líquido
• Medición de la presión por balance con
líquido de referencia
• EL MANOMETRO de la figura se le conoce
como medida de la presión por columna de
líquido.
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La Figura muestra una bomba de pesas
muertas que, aunque no es realmente un
medidor, se utiliza para comprobar la
calibración de los medidores de presión.
Corresponde a la medición de la presión
por balance con líquido de referencia.
Otro equipo, ya en desuso es el
debalance de presión en cámara
anular o toroidal
3. MEDICION DE LA PRESION
MEDIDICION INDIRECTA
Medida de presión con elementos resilientes.
La resiliencia es una propiedad de los materiales que permite la deformación
elástica volviendo a su posición original, siempre que no se sobrepasen los
límites que llevan a la deformación permanente o rotura del material. El
primer indicador de presión basado en la resiliencia fue el manómetro con
tubo Bourdon, patentado por el ingeniero francés Eugene Bourdon a
mediados del siglo xix. Posteriormente aparecieron los manómetros tipo
diafragma o los de cápsula.
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La Figura muestra un elemento de medida con
tubo Bourdon, el cual utiliza un sistema de
amplificación del movimiento relativamente
pequeño del extremo del tubo, para convertirlo
en movimiento rotacional (R) que hace mover
la aguja indicadora sobre una escala graduada
en unidades de presión.
3. MEDICION DE LA PRESION
Como resumen, el sistema de medida de presión aplicando el principio
de resiliencia se compone de tres bloques de funcionamiento, como
muestra la Figura. Estos bloques son:
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1. Elemento de medida. Convierte la
presión (P), en un movimiento (M)
2. Amplificación de movimiento- Amplifica
y convierte el movimiento (M), en un
ángulo de rotación (R).
3. Escala graduada. Convierte la posición
de la aguja en unidades de presión.
3. MEDICION DE LA PRESION
MEDIDICION INDIRECTA
Medida de presión con instrumentos basados en señales eléctricas.
Este tipo de instrumentos convierte la deformación producida por la presión
en señales eléctricas. Las señales son amplificadas y enviadas al sistema
de Indicación correspondiente. El menor cambio producido por deformación
debida a la presión, es suficiente para obtener una señal perfectamente
detectable por el sensor.
Existen diversos sistemas basados en señales eléctricas, entre los que se
pueden citar:
• Cambio en la resistencia eléctrica de un conductor. Efecto piezoresistivo,
galgas extensiométricas (Strain gage), hilo suspendido, etc.
• Cambio en la inductancia de una bobina. Transformador diferencial.
• Cambio en la capacidad de un condensador.
• Cambio en la carga eléctrica de un material. Efecto piezoeléctrico
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Comportamiento de una célula de medida
de presión diferencial basada en la
variación de capacidad de un
Condensador
La presión de proceso se transmite a uno de
los lados del diafragma mientras que la
presión atmosférica o la presión de referencia
se transmite al otro lado del diafragma.
Durante la operación, el diafragma de
aislamiento del fluido de proceso detecta y
transmite la presión del proceso al aceite de
silicona, el cual a su vez la transmite al
diafragma sensible que se encuentra en el
centro de la célula de medida.
En respuesta a la presión diferencial que actúa sobre el diafragma, éste
sufre un desplazamiento proporcional a la diferencia de presión. Las placas
del condensador situadas a ambos lados detectan la posición del
diafragma, dando como resultado una diferencia de capacidad ente ambas
placas. Por último, el sistema de transmisión electrónica convierte la
diferencia de capacidad entre el diafragma y las placas del condensador,
en una señal de 4 a 20 mA.
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PRACTICA DE COMPROBACION
1. Mediante un ejemplo, explique el concepto de un sistema, realice el
diagrama de caja o blque.
2. Cuales son las variables energéticas o variables de procesos
energéticos. Establezca u valor o punto de consigna.
3. Cuales son los tipos de medidores de caudal identificados en la
inspección del equipo Edibon, especifique el principio de
funcionamiento.
4. Con que tipo de medidor se mide el caudal de vapor, explique algunas
condiciones.
5. Cuales son los equipos de medición directa de la presión, explique en
forma resumida los principios de medición.
6. Cuales son los equipos de medición indirecta de la presión, explique en
forma resumida los principios de medición.
7. Los medidores serán equipos de control, si/no, porqué?.
Fecha de presentación individual, en la próxima sesión de práctica.
