CAPITULO II

MARCO TEORICO

11

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

A. FUNDAMENTOS TEORICOS.

Dentro de la fundamentación teórica mostrada a continuación se

encuentran enmarcados todos los conceptos y variables para facilitar la

comprensión de la investigación, a partir de las referencias previas que indican

el probable origen de este tipo de estudio.

1. SISTEMA DE INSTRUMENTACION.

La instrumentación es la ciencia que se basa en la instalación,

supervisión, manipulación y mantenimiento de los sistemas industriales

automáticos, así como también la asistencia técnica, asesoría y la adquisición

de tecnología de punta por parte de las empresas o industrias (Universidad

Veracruzana (U.V),2000).

En todos los procesos industriales se hace absolutamente necesario

regular, mantener y controlar magnitudes tales como presión, caudal,

nivel, temperatura, velocidad, flujo, entre otras.

12

En los comienzos de la era industrial, el operador realizaba las

actividades de control en forma manual, utilizando métodos e instrumentos

simples los cuales cumplían con los requerimientos de la simplicidad de los

procesos industriales. Sin embargo, la gradual complejidad con que dichas

variables han ido afectando los diferentes procesos industriales han hecho

necesaria la progresiva automatización por medio de diferentes instrumentos

de medición y control. Estos instrumentos han liberado al operador de una

actuación física directa en la planta y del mismo modo, le ha permitido una

labor única de supervisión y control desde salas localizadas a distancia del

proceso; además, gracias a estos instrumentos es posible el mejoramiento de la

medición de las variables.

1.1. INSTRUMENTOS DE MEDICION DE TEMPERATURA.

La temperatura es una función del calor. El calor, a su vez, es energía

termal relacionada a la actividad molecular. Toda relación con la temperatura

es asociada a las tres Leyes de la termodinámica.

- La energía de calor puede transformarse y transferirse entre los objetos pero

no puede crearse o puede destruirse.

- La energía de calor fluye de un cuerpo más caliente a uno más frío.

- El cero absoluto (el punto donde el movimiento molecular termal se

detiene) nunca puede obtenerse. (Control básico de la temperatura, p2)

13

El calor puede transmitirse de un lugar a otro de tres maneras:

♦ La conducción: El traslado de calor por contacto (colisiones de moléculas)

en sólidos, líquidos o gases.

♦ La conveción: El traslado de calor por movimiento real del material

acalorado. La transmisión sólo ocurre en líquidos y gases.

♦ La radiación: La transferencia de calor por medio de la transformación de

la energía termal en un radiado de olas electromagnéticas que viajan a

través del espacio. La ola se re-transforma en calor cuando es absorbida por

el receptor.

La temperatura, además es una de las variables más comunes en los

procesos industriales; la cual puede medirse en grados Celsius y/o Fahrenheit

y controlarse usando una variedad de elementos sensibles los cuales se

percatan del cambio en temperatura al movimiento mecánico mensurable del

sensor.

A continuación se describirán unos de los muchos instrumentos para

medir temperatura. Dicha descripción se limitará a los instrumentos que se

usarán en esta investigación en particular.

1.1.1. TERMÓMETROS BIMETÁLICOS.

En todos los metales se encuentra la propiedad de la dilatación cuando

se exponen a la temperatura. Se supondrá el caso de que dos láminas de metal

14

con coeficientes de dilatación diferentes se fundirán una a la otra, ocurrirá

entonces una distorsión en el comportamiento de dilatación cuando este nuevo

metal es calentado, ya que uno de los metales tratará de dilatarse más que el

otro. Este es el principio de operación de los termómetros bimetálicos.

En dicho termómetro, se embobina una cinta bimetálica en forma

helicoidal a un extremo que permanece fijo. En donde, el extremo que se

encuentra en contacto con la temperatura se dilatará, dando como resultado un

movimiento de rotación al embobinado, permitiendo así el movimiento de una

aguja que refleja la temperatura sobre una escala de medición. En la gráfica 1

se muestra los componentes de un termómetro bimetálico.

Gráfico 1. Componentes de un Termómetro Bimetálico. Fuente: Catálogo de Productos Ashcroft, 1998.

1.1.2. TERMOPOZOS.

Los termopozos son utilizados en la industria petrolera para la medición

de temperatura en donde no es recomendable exponer el elemento sensor al

15

ambiente del proceso. La utilización de un termopozo a pesar de causar

retrasos en la medición, posee la ventaja de proteger el elemento sensor de la

corrosión, erosión, y altas presiones además de permitir su reemplazo mientras

el proceso está en operación.

Dicho instrumento, puede tomar dentro de su flexibilidad varias

configuraciones o formas para el montaje. En la gráfica 2 se aprecia la forma

de conexión al proceso la cual puede ser roscada o bridada. Generalmente, los

termopozos se construyen de acero inoxidable ya que este material cubre con

todos los estándares de protección al elemento sensor.

Gráfico 2. Forma de Conexión de los Termopozos. Fuente: Catálogo de Productos Rosemount, 1999.

16

1.1.3. TERMOCUPLAS

Es el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente; dicho

instrumento se elabora con dos alambres de distinto material unidos en un

extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los

metales se genera un voltaje muy pequeño del orden de los milivoltios el cual

aumenta con la temperatura. Por ejemplo, una termocupla tipo J está hecha con

un alambre de hierro y otro de constantán (aleación de cobre y nickel), al

colocar la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los extremos 42.2

milivolts.

Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas

dentro de un tubo de acero inoxidable ú otro material (vaina), en un extremo

está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido adentro

de una caja redonda de aluminio (cabezal).

Existen una infinidad de tipos de termocuplas, en la tabla 1 aparecen

algunas de las más comunes, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas

son del tipo J ó del tipo K.

Cuadro 1. Descripción de Termocuplas más Comunes Tc Cable (+) Cable (-) Rango (Min, Max) °C Volts Max mV J Hierro Cobre/Nickel (32, 1400) 42.2 K Nickel/Cromo Nickel/Aluminio (32, 2300) 54.8 T Cobre Cobre/Nickel (32, 700) 20.8 R 87% Platino

13% Rhodio 100% Platino (32, 2700)

21.09

S 90% Platino 10% Rhodio

100% Platino (32, 2700) 18.68

B 70% Platino 94% Platino

30% Rhodio 6% Rhodio

(1600, 3100) 13.814

Fuente: Catálogo de productos Arian,1999.

17

La dependencia entre el voltaje entregado por la termocupla y la

temperatura no es lineal (no es una recta), es deber del instrumento electrónico

destinado a mostrar la lectura (en este caso la tarjeta de entrada del PLC en

donde se recibe la conexión directa de la termocupla), efectuar la linealización,

es decir tomar el voltaje mediante el conocimiento el tipo de termocupla y

efectuar la linealización correspondiente, ver cuadro 1, la temperatura

corresponde a cada voltaje de termocupla.

1.1.4. DETECTORES DE TEMPERATURA TIPO RESISTENCIA (RTD).

Estos detectores trabajan bajo el principio de operación basado en que la

resistencia eléctrica de los metales varía directamente proporcional con la

temperatura en la cual se encuentran expuestas.

Dicha relación se puede expresar como el coeficiente de resistencia a la

temperatura, en donde la mayoría de los metales puros posee un coeficiente

constante dentro de un rango de medición. Un metal comúnmente usado es el

platino, el cual posee un coeficiente de 0,00392 ohms/°C y se utiliza para

medir rangos de –263 a +545°C. Otros materiales utilizados son: plata,

tungsteno, cobre y oro.

Los RTD se elaboran de varios tipos, entre lo que destacan los de dos

hilos, tres hilos y cuatro hilos; dichas configuraciones se muestran a

continuación en la gráfica 3.

18

Gráfico 3. Configuración de los RTD.

Fuente: Catálogo de Productos Rosemount, 1999.

El tipo de configuración de dos hilos se utiliza principalmente en un

circuito de dos cables. En este diseño, la resistencia de los cables de conexión,

19

así como también las variaciones de resistencia por cambios en la temperatura

ambiente, se incluyen en la medición de la resistencia RTD. Principalmente el

uso de esta configuración se realiza cuando los cables de conexión son cortos.

Por otra parte, los de tipo tres hilos son normalizados. En este, los

cables que conectan la RTD al circuito de medición tienen resistencia cuyos

efectos ya mencionados tienden a cancelarse.

Por último se describirá la configuración de 4 hilos; la cual es utilizada

cuando se requiere una alta precisión en la medición. En esta, los 4 hilos se

conectan al sensor (dos en cada extremo) a través de dos hilos externos, se

suministra una corriente constante a la RTD. El voltaje a través de la RTD se

mide con un voltímetro de alta impedancia conectado a través de los dos hilos

internos.

De las configuraciones expuestas anteriormente la más usada es la de

tres hilos, ya que proporciona suficiente exactitud para la mayoría de las

mediciones industriales.

1.2. INSTRUMENTOS DE MEDICION DE PRESION.

La presión se puede expresar como la fuerza por unidad de superficie

que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. Las

unidades más comunes de presión son libras por pulgada al cuadrado (PSI),

pulgadas de columna de agua en un manómetro (WC), o pulgadas de mercurio

20

en un manómetro (Hg). La unidad métrica más popular de medida es el

Kilopascal (Kpa). (Durán, 2000).

La presión, debe medirse con respecto a una presión de la referencia

dada, normalmente la más usada es la presión atmosférica a nivel del mar o

absoluto cero de presión.

Existen varios términos que se utilizan para expresar la medición de

presión, las cuales se hacen referencia a continuación:

PRESIÓN ABSOLUTA: “Es la suma de la presión manométrica más la

presión atmosférica.”(Andana, 1998,p.10).

PRESIÓN MANOMÉTRICA: “Se expresa como la presión relativa a la

presión atmosférica. Representa la diferencia positiva entre la presión medida y

la presión atmosférica existente. Puede ser convertida a presión absoluta

sumándole el valor de la presión atmosférica actual.” (Andana, 1998,p.10).

PRESIÓN DE VACÍO: “Es la presión medida por debajo de la presión

atmosférica.” (Andana, 1998,p.11).

PRESIÓN DIFERENCIAL: “Es la diferencia en magnitud entre el valor de una

presión y el valor de otra tomada como referencia. En el caso de la presión

manométrica, se podría decir que ésta es una medida de presión diferencial en

la cual la presión de referencia es la presión atmosférica.” (Andana, 1998).

PRESIÓN HIDROSTÁTICA: “Dicha presión es la ejercida por una columna

de líquido. Se calcula multiplicando la altura de la columna de líquido por la

21

densidad o por la gravedad específica del líquido.” (Andana, 1998,p.11).

En los siguientes párrafos se describirán algunos entre una variedad de

instrumentos para medir presión. Dicha descripción se limitará al instrumento

que se usará en este caso particular.

1.2.1. TUBOS DE BOURDON.

Los tubos de bourdon funcionan bajo el principio de operación

mecánica, en donde un tubo enrollado y cerrado por un extremo tendrá

tendencia a enderezarse cuando en su otro extremo se le aplique un gas o

líquido bajo presión.

Cuando el enrollado se diseña correctamente y el material utilizado es el

apropiado, la deformación que sufre el tubo debido a la presión aplicada es

altamente constante, pudiendo de esta manera el sensor ser calibrado para

producir presiones mucho más exactas.

Dicho instrumento transforma por medio de engranajes y eslabones el

movimiento externo; es decir, el movimiento producido por el enderezamiento

del tubo. Este movimiento se utiliza para registrar la presión en una aguja bajo

una escala determinada que en este caso será de libras por la medida de la

pulgada cuadrada (PSIG, por sus siglas en ingles).

En la gráfica 4 se muestra en detalle las partes que conforman un tubo

de bourdon tipo C.

22

Gráfico 4. Tubo de Bourdon Tipo C. Fuente: Catálogo de Productos Ashcroft, 1998

1.2.2. TRANSMISOR ELECTRÓNICO DE PRESIÓN.

En la gráfica 5 se muestra un transmisor electrónico de presión.

Gráfico 5. Transmisor Electrónico de Presión. Fuente: Catálogo de Productos Rosemount, 1999.

23

El transmisor de presión se basa en un transductor capacitivo, en este la

presión del proceso se transmite a través de unos diafragmas separadores y un

fluido de sello (aceite de silicona) a un diafragma sensor en el centro de la

celda. Dicho diafragma se deflecta en respuesta al diferencial de presión a

través de él. Esta deflexión es proporcional al diferencial de presión del

proceso al cual se encuentra expuesto. La posición del diafragma sensor es

censada por las placas de un condensador a ambos lados del diafragma. En

este, la diferencia en la capacitancia entre el diafragma sensor y las placas del

capacitor dan como resultado una señal eléctrica de 4-20 mA DC ó 10-50 mA

DC.

1.2.3. SELLOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN.

Estos dispositivos son diseñados para ser utilizados en aquellas

situaciones donde no es aconsejable que el sensor de presión este en

exposición directa con el fluido y/o gas del proceso cuya presión quiera ser

medida, debido a que son medios corrosivos ó viscosos.

Estos instrumentos están constituidos por un mecanismo que

generalmente es un diafragma delgado como medio de separación entre el

fluido y/o gas del proceso y el elemento sensor. El espacio que se encuentra

entre el diafragma y el sensor de presión se llena completamente con un

líquido que es estable a los rangos del proceso. La deflexión en el diafragma

24

causada por el cambio de presión del proceso se transmite directamente por

medio del líquido hacia el elemento sensor, o remotamente a través de un

capilar.

En la gráfica 6 se ilustran los diferentes tipos de sellos de acuerdo a su

conexión.

Gráfico 6. Sellos de Medición de Presión. Fuente: Catálogo de Productos Rosemount, 1999.

Por lo anteriormente expuesto; los sellos se utilizan en las siguientes

aplicaciones:

• Cuando el fluido y/o gas del proceso cuya presión que se mide puede

25

destruir o dañar el elemento sensor.

• Cuando los instrumentos que son aptos para soportar los parámetros

implícitos en el proceso no se encuentran o son muy costosos.

• Por peticiones o requerimientos sanitarios.

• Cuando el fluido del proceso se puede congelar o puede taponar la entrada

del sensor.

1.3. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE NIVEL.

El nivel se puede considerar como la localización de la interfase que

existe entre dos medios separados por la gravedad, con respecto a un punto de

referencia. Tal interfase puede existir entre un líquido y un gas, entre dos

líquidos, entre un sólido granulado o sólido fluidizado y un gas, o entre un

líquido y su vapor. Existen casos en la industria donde estas interfases deben

ser establecidas dentro de rangos específicos, bien sea, por razones de control

del proceso o en beneficio de la calidad del producto. (Amaya, 1985,p.20).

A continuación se describirán unos de los muchos instrumentos para

medir nivel. Dicha descripción se limitará a los instrumentos que se usarán en

este caso en particular.

1.3.1. TUBOS DE VIDRIO

Dada a su simplicidad, una de las técnicas más usada para la medición

26

de nivel es por medio de los tubos de vidrios; donde el nivel que refleja el

instrumento es el mismo que se encuentra dentro del envase. La

maniobrabilidad de este instrumento lo hace popular en aquellas aplicaciones

donde se requiere una indicación local del nivel.

Existen dos tipos de medidores de tubo de vidrio: el transparente y el de

reflexión. El tubo transparente se utiliza en aquellos casos donde el fluido

dentro del recipiente posee un color o es viscoso; también es útil para la

detección de la interfase o cuando el fluido es corrosivo.

El otro tipo es el tubo tipo reflexión, donde se utiliza el fenómeno óptico

de la reflexión de la luz, para esto se cambia el ángulo crítico de los rayos

incidentes. Cuando el tubo de refracción está vacío, la luz incidente es

reflejada desde las superficies prismáticas, haciendo que el vidrio tenga una

apariencia plateada. A medida que el líquido asciende en el vidrio, el ángulo

crítico cambia debido a que el índice de refracción del líquido que sube es

diferente al de los vapores que están por encima de él. La luz visible es

refractada en el fluido, haciendo que el vidrio se vea oscuro en la zona cubierta

por el líquido. De esta manera, un tubo de reflexión que contiene líquido

muestra una clara demarcación entre el área oscura del líquido y el área

plateada del vapor encima del líquido. Este tipo de vidrio se utiliza

principalmente para líquidos incoloros y vi scosos.

En la gráfica 6 se ilustra el tubo de vidrio transparente.

27

Gráfico 7. Tubo de Vidrio Transparente Fuente: Fuente: Catálogo de Productos Daniel, 1997.

1.3.2. TRANSMISOR DE NIVEL DE TIPO HIDROSTÁTICO.

En estos dispositivos, el nivel se mide por medio del peso que ejerce

una columna de líquido sobre el sensor de presión. Esto se logra haciendo una

relación entre el instrumento ya mencionado y la gravedad específica del

líquido del material, con respecto a la altura del nivel.

Uno de los métodos más comunes para medir el nivel a través de

sensores hidrostáticos es por medio de sensores de transmisión diferencial de

presión. En este, la presión ejercida por la columna de líquido actúa sobre una

celda de diferencial de presión, en donde el movimiento es utilizado para

transmitir una señal neumática o electrónica en medida proporcional a la altura

28

del nivel. En otras palabras, esta celda capacitiva detecta los cambios en la

presión hidrostática producidos por cambios en el nivel del recipiente. En la

gráfica 7 se muestra el transmisor de nivel tipo hidrostático.

Gráfico 8. Transmisor de Nivel Tipo Hidrostático Fuente: Catálogo de Productos Rosemount, 1999.

Cabe mencionar que estos instrumentos utilizan los sellos de medición

de presión para su protección en ambientes corrosivos o viscosos. Dichos

sellos fueron descritos en los instrumentos de presión.

1.3.3. INTERRUPTOR DE NIVEL TIPO FLOTADOR.

Los interruptores de nivel tipo flotador funcionan bajo el principio del

29

uso de fuerzas magnéticas para determinar la posición del flotador.

Como se muestra en la gráfica 8, un flotador posiciona un pistón

magnético conectado a un brazo del flotador.

Gráfico 9. Interruptor de Nivel Fuente: Catálogo de Productos Magnetrol, 1999.

Fuera de la cámara donde se mueve el flotador existe un imán

permanentemente conectado a un brazo pivote montado con un interruptor. El

desplazamiento del flotador hace que el pistón magnético pueda abrir y cerrar

un interruptor, ya que este se mueve por la acción del pistón magnético sobre

el imán. Estos instrumentos se utilizan para aplicaciones de nivel de límites de

líquidos, para producir señales de alarmas o control de tipo

encendido/apagado, debido a esto se utilizan en la industria petrolera para

aplicaciones de detección y encendido de bombas de bajo o alto nivel.

1.4. INSTRUMENTO DE MEDICION DE FLUJO.

La medición de flujo es en los procesos industriales una de las variables

30

con más importancia en el control de los mismos; de hecho, bien puede ser la

variable más medida. Existen muchos métodos confiables y precisos para

medir flujo. Algunos son solamente para la medición de líquidos, otros

solamente a gases y vapores; y otros a ambos. El fluido que viene a través de

una tubería puede ser limpio o sucio, seco o húmedo, erosivo o corrosivo. Las

condiciones implícitas en el proceso tales como presión, temperatura,

densidad, viscosidad, entre otros, pueden cambiar. Todos estos parámetros

afectan la medición del fluido por lo que deben ser tomados en cuenta al

momento de seleccionar un medidor de flujo.

Dicho instrumento se basa en tomar la caída de presión que se produce a

través de una restricción que se coloca en la línea de un fluido en movimiento.

Esta caída de presión está altamente relacionada al flujo, siendo este

proporcional a la raíz cuadrada del diferencial de presión. Esta relación de raíz

cuadrada hace que la medición de flujos menores del 30% del flujo máximo no

sea práctica debido a la pérdida de precisión. Los medidores de flujo de tipo

diferencial consensualmente están constituidos por dos componentes: el

elemento primario y el elemento secundario. El primero es el dispositivo ó

sensor que se coloca en la tubería para obstruir el flujo y generar una caída de

presión. El segundo mide la caída de presión y proporciona una indicación o

señal de transmisión a un sistema de indicación o control. El elemento primario

se calcula y se selecciona de acuerdo al fluido y las características del proceso.

31

En 1985, el Ing. Ennys Amaya hizo referencia a los factores que

mayormente afectan el fluido a través de una tubería son:

• LA VELOCIDAD: El fluido en una tubería se puede desplazar de

acuerdo a un patrón de flujo determinado, dependiendo en alto grado de

su velocidad. Estos patrones de flujo se conocen como laminar y

turbulento.

El flujo laminar es encontrado en algunos fluidos como son los viscosos,

se distingue por el hecho de que las moléculas del fluido siguen

trayectorias paralelas cuando el fluido se mueve a través de la tubería. El

flujo turbulento, por otra parte, se caracteriza por patrones erráticos

debido a que la turbulencia crea remolinos que mueven las moléculas del

fluido a lo largo de trayectorias irregulares.

El término de velocidad; en el momento que se aplica al flujo de tuberías,

se refiere a la velocidad promedio del fluido. Se debe utilizar la velocidad

promedio del fluido ya que la velocidad varía a través de la sección

transversal de la tubería.

• LA FRICCIÓN: La fricción de la tubería disminuye la velocidad del

fluido, por lo tanto, se considera un factor negativo. Debido a esta

fricción, la velocidad del fluido es menor cerca de la pared que en el

centro de la tubería. Mientras más lisa sean las paredes de la tubería,

menor será el efecto de la fricción sobre la velocidad del fluido.

32

• VISCOSIDAD: La viscosidad es una medida contable a la tendencia del

fluido a resistir la deformación. Los fluidos que fluyen libremente tienen

viscosidades bajas; los fluidos que parecen resistirse a fluir libremente

tienen viscosidades altas. La viscosidad se mide en unidades de

centipoise, la cual es referida como una unidad de viscosidad absoluta.

Además, la viscosidad de un líquido depende en su mayoría de su

temperatura y en menor proporción de su presión. Con respecto a la

viscosidad de los líquidos generalmente se disminuye al incrementar la

temperatura y del mismo modo la viscosidad de los gases normalmente

aumenta al subir la temperatura. La presión tiene muy poco efecto sobre

la viscosidad de los líquidos, su efecto sobre la viscosidad de gases

solamente es significativo a altas presiones.

• DENSIDAD: La densidad de una sustancia se define como su peso por

unidad de volumen. La densidad de los líquidos cambia con relación a la

temperatura; mientras que los cambios por variaciones en la presión son

despreciables. La densidad de los gases y vapores es mayormente

afectada por los cambios en la presión y la temperatura. Muchas

mediciones de flujo se realizan sobre la base de mediciones de volumen,

de modo que la densidad del fluido debe ser conocida o medida para

determinar la verdadera masa de flujo. (Amaya 1985,p.76-77).

Sobre la base de las ideas expuestas se describirá uno de los muchos

33

instrumentos para medir flujo. Dicha descripción se limitara a los instrumentos

que se usaran en este caso en particular.

1.4.1. TUBO VENTURI.

El tubo venturi clásico está caracterizado por su entrada convergente y

salida divergente. La presión interna se mide en su sección de entrada, la cual

posee el mismo diámetro que el de la tubería. Luego sigue una sección de

transición, en la cual el diámetro interno se reduce hasta el diámetro de la

sección de la garganta. La presión estática se mide en la sección de la garganta,

la cual se dimensiona para producir un diferencial de presión deseado a una

determinada tasa de flujo. En la sección de salida del tubo venturi, el diámetro

de la garganta se incrementa gradualmente hasta hacerse igual al diámetro de

la tubería.

Dicho instrumento se utiliza regularmente cuando se requiere medir

flujo de líquidos y gases en donde se busca minimizar la pérdida de presión.

Un medidor de tubo venturi no posee partes móviles y no existe la

posibilidad de que pueda acumularse partículas en la garganta, estas razones

dan como resultado la poca necesidad de mantenimiento, lo cual lo hace

atractivo para manejar fluidos viscosos o con sólidos en suspensión.

A continuación se presenta en la Gráfica 10 los tipos de tubos venturi

según su tamaño.

34

Gráfico 10. Tubo Venturi. Fuente: Catálogo de Productos Daniel, 1995.

1.5. INSTRUMENTOS PARA EL TRATAMIENTO DEL GAS.

A continuación se describirán los instrumentos que dispondrán del

tratamiento del gas. Para que esto sea posible, el gas pasará por dos pasos;

depuración e incineración que se realizarán por medio del despojador de

líquidos y por el mechero.

1.5.1. DESPOJADOR DE LIQUIDOS (K.O.- DRUM).

El propósito principal de un despojador de líquidos es separar los gases

y vapores provenientes de alivios cerrados de válvulas de seguridad, drenajes,

materiales aliviados o desviados, entre otros, de los contenidos de

hidrocarburos líquidos a los que se encuentran asociados. Esto dará como

resultado la disposición segura de dichos gases y vapores a instalaciones de

35

almacenaje apropiadas o a descargas de incineración por medio de un mechero.

Al mismo tiempo de realizar la tarea anteriormente expuesta, estos

dispositivos pueden enviar por medio de un sistema de bombeo el líquido

recolectado de la separación a los tanques de almacenamiento de los

hidrocarburos líquidos.

En el gráfica 11 se ilustra un despojador de líquidos.

Gráfica 11. Despojador de Líquidos. Fuente: Leal, 2000

1.5.2. MECHERO.

Los alivios de emergencia provenientes de válvulas de seguridad, purga

de vapores y desvíos de corrientes de proceso, etc.; no pueden descargarse

directamente a la atmósfera por razones de seguridad y/o control de

36

contaminación. En este momento esos gases se dirigen a través de sistemas

cerrados a un despojador de líquidos donde se separan los líquidos de los

gases. Dichos gases después de ser separados del líquido remanente se

disponen al mechero que no es más que un medio de disposición segura de las

corrientes de vapores provenientes de esas instalaciones, quemándolas bajo

condiciones controladas de modo que los equipos y/o personal adyacente no

estén expuestos a ningún peligro, al mismo tiempo que se satisfacen los

requerimientos de control de contaminación y de compromiso con la sociedad.

A continuación se ilustrara en la gráfica 12 el sistema de incineración del gas

por medio de un mechero.

Gráfica 12. Mechero. Fuente: Leal, 2000

37

2. SISTEMA DE CONTROL.

La aplicación del control en las plantas de procesos se ha convertido en

una parte indispensable de las operaciones de campo tales como el

mantenimiento estable de parámetros como lo son la temperatura, el nivel, la

presión y el flujo. Esto se debe a que la operación automática brinda un

funcionamiento óptimo de las operaciones, dando un cambio brusco a aquellas

operaciones manuales rutinarias de supervisión; minimizando las posibles

fallas debido a errores humanos.

OGATA (1993,p3), define a un sistema de control como “Una

interconexión de componentes que forman una configuración del sistema que

proporciona una respuesta deseada del sistema”

“Proceso”, en un sistema, es lo que va a ser controlado y parte de esto

será gobernado por señales de entrada a un sistema de control que a su vez

generaran señales de interés que no son más que señales de salida de dicho

sistema.

Para obtener la ejecución efectiva del proceso, se emplea un controlador

automático, que realice una comparación del valor real de la salida con el valor

de entrada (valor deseado a obtener), en este momento se verificará si hay

alguna desviación, si la hay, ésta generará una señal de salida para corregir el

valor real hasta obtener el valor deseado.

38

2.1. TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL.

Según Ogata (1993, p4-5), los tipos de sistema de control existentes son:

2.1.1. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO.

Son sistemas en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de

control. En otras palabras, en un sistema de control de lazo abierto la salida ni

se mide ni se retroalimenta para controlarla con la entrada de referencia. Por

tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación

fija. Así, la precisión del sistema depende de la calibración.

2.1.2. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO.

Con referencia, se llama así a los sistemas de control retroalimentados o

control de lazo cerrado. La señal de error, que es la diferencia entre la señal de

entrada y la de retroalimentación, entra al controlador para reducir el error y

llevar la salida del sistema a un valor deseado.

2.2. HISTORIA DEL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE

(PLC).

La idea para la creación del controlador lógico programable se originó

en el año de 1968, en la División Hidromática de la General Motors

39

Corporation (GMC) de los Estados Unidos fabricantes de automotores.

Su alcance inicial era eliminar el alto costo asociado a sistema de

control por relés, pues en cada cambio de modelo de autos había que rediseñar

los controles por relés de los diversos puntos de ensamblajes. Esto implicaba

tiempo de espera mientras se hacía un nuevo cableado a las instalaciones.

Entre las especificaciones iniciales del nuevo sistema estaban las

siguientes:

• Ser transistorizados.

• Flexibles en su uso.

• Aptos para atmósferas industriales.

• Fáciles de programar.

• Demandar poco mantenimiento.

• Posibilidad de volverlos a usar.

La aplicación de estos nacientes controladores lógicos programables se

limitó al control de máquinas y procesos repetitivos, tal como es el caso de

maquinas, herramientas y líneas de ensamblajes. Entre los años 1970 y 1974 se

innovaron con la tecnología de los microprocesadores haciéndolos más

flexibles e inteligentes. El PLC fue adquiriendo nuevas dimensiones en su

aplicación al poder interactuar con el operador, realizar operaciones aritméticas

y reportes escritos.

40

2.3. CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES.

Los controladores lógicos programables (PLC´s), son equipos utilizados

para controlar procesos industriales o maquinarias. Estos se basan en un

microprocesador que recibe señales de entrada para evaluar y generar salidas

que realizarán el control. Los PLC´s, funcionan de acuerdo a un programa

introducido por el usuario, en el cual se le especifica como operan los

dispositivos de salida según las entradas.

Ya que el programa se introduce en la memoria de lectura/escritura,

pueden realizarse modificaciones según sea el cambio en el proceso a voluntad

del usuario.

Según José Copete, Los PLC son componentes que en un cuadro

eléctrico nos permiten elaborar y modificar las funciones que tradicionalmente

se han realizado con relés, contactores, temporizadores, entre otros. Hay en el

mercado autómatas que se adaptan a casi todas las necesidades, con

entradas/salidas digitales y/o analógicas, pequeños y grandes. La programación

suele ser sencilla, dependiendo básicamente de lo que se pretenda conseguir.

Sin embargo, es aquí donde radica el gran inconveniente, ya que cada

fabricante tiene su propio lenguaje de programación. Lo importante es conocer

las posibilidades de un autómata y saber como llevarlas a la práctica con

cualquiera de los autómatas que existen en el mercado. (Copete, 1995).

41

2.3.1. APLICACIONES DEL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE.

El controlador tiene como función primaria sustituir la lógica de relés y

facilitar el uso de dispositivos conectados en calidad de entradas y salidas;

actualiza el estado de las entradas y basándose en el programa del usuario,

controla los dispositivos conectados en las salidas. Dichos dispositivos de

entradas y salidas pueden ser diferentes; con distintos márgenes de entradas y

salidas, márgenes de tensión y corriente. Ejemplo de ello pueden ser los

siguientes:

• Interruptores de nivel.

• Presostatos.

• Termostatos.

• Pulsadores.

• Selectores de varias Posiciones.

• Conmutadores rotativos.

• Finales de carrera en válvulas.

• Alarmas luminosas o sonoras.

• Solenoides, electroválvulas.

• Contactores para arranques de motores.

• Transductores.

• Dispositivos de estado sólido.

42

• Instrumentos analógicos.

Los Controladores Lógicos Programables tienen una amplia aplicación en

todas las industrias tales como: petróleo, petroquímica, alimentaria, bebidas,

generación de energía, metalúrgica, entre otras.

El controlador almacena la totalidad de los datos relativos al estado de

los dispositivos de entradas y salidas en una memoria central de lectura y

escritura, lo que permite el acceso de los últimos datos durante la exploración o

análisis (SCAN) del programa del usuario.

Las instrucciones de programación del PLC, permiten al controlador

realizar operaciones tales como: temporizaciones, conteo, operaciones y

manipulación de datos.

El equipo emplea unos símbolos fácilmente elegibles en formatos

diseñados como esquemas escalonados (diagrama de escalera) algunas marcas

usan la combinación de diagramas de escaleras con programación en bloques.

El programa de esquemas escalonados se introduce manualmente en la

memoria utilizando un terminal de programación o una computadora personal

compatible con IBM y software especializado. La computadora se utiliza

también para preparar el programa y comprobar el estado de los dispositivos de

entradas y salidas del usuario. Pueden usarse, además, los terminales de

programación para la interconexión del procesador con periféricos, tales como

impresoras, grabadores en cartridge y cassettes digitales, almacenamiento en

43

disquetes magnéticos y pantallas con despliegues a color para el operador de

planta.

Con los controladores lógicos programables se pueden obtener:

• Carga y almacenamiento del programa en cintas magnéticas o disquetes.

• Generación de copias impresas del programa.

• Generación de distintos tipos de informes en formato programado por el

usuario.

Los indicadores luminosos en los distintos componentes del equipo

señalan el estado de los dispositivos de entradas y salidas, el procesador y la

fuente de alimentación. Dichos indicadores solicitan un rápido diagnóstico de

la existencia de averías, lo que facilita la localización y reparación de las

mismas.

El primer paso en la automatización es el de instalar PLC´s a través de

canales de datos para la comunicación, llamados también redes (LOCAL

AREA NETWORK- LAN).

Cada fabricante ha desarrollado sus tecnologías de comunicación de

datos, lo cual ha llevado a crear una forma universal en las comunicaciones,

para permitir la conexión y la operabilidad de equipos de diferentes

fabricantes. La misma se conoce como Protocolo de Automatización de

fabricantes (Manufacturing Automation Protocol-MAP) auspiciado por

General Motors en 1981.

44

De esta forma se podrá lograr llegar a una arquitectura completa que

permita el control general desde las grandes computadoras (Computer

Integrate Manufacturing- CIM).

Otro uso del Controlador Lógico Programable es en los sistemas

SCADA (Supervisory Control and Date Acquisition). Su función principal es

facilitar la recolección de datos de campo para alimentar las computadoras

cuando el operario lo requiere. El PLC así, se comporta como un terminal.

2.4. ARQUITECTURA BASICA DE UN PLC.

El PLC, esta constituido por la unidad central de proceso (CPU), la

memoria, los elementos de entrada y salida, la fuente de poder y los

dispositivos de programación.

2.4.1. UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO (CPU).

La Unidad Central del Proceso (CPU), es la inteligencia de los

controladores programables de hoy en día, esta formada por pequeños

microprocesadores, circuitos integrados con la capacidad de control. Ellos

realizan todas las operaciones matemáticas, manejo de datos rutinarios de

diagnóstico que no eran posibles con relés.

La función principal del procesador es la de comandar y gobernar las

actividades del sistema completo. Este realiza dicha función interpretando y

45

ejecutando una serie de programas del sistema, tal como el programa ejecutivo.

El programa ejecutivo, es una colección de programas de supervisión que se

encuentran almacenados permanentemente y se consideran parte del

controlador mismo. Al ejecutarse este programa el procesador puede realizar

todo el control, procesando y comunicando funciones.

El Software del programa ejecutivo realiza la comunicación entre el

sistema del PLC y el usuario/programador por medio del dispositivo de

programación (teclado).

Otra comunicación periférica se puede realizar en el ejecutivo, en donde

se incluye un monitoreo de dispositivos de campo, lectura de diagnóstico de la

fuente de poder, sistema de entradas y salidas, memoria y la comunicación con

un operador de interfaces.

El CPU de un sistema PLC, puede contener más de un procesador para

ejecutar las labores del sistema y comunicación. La razón principal para este

arreglo es la velocidad de operación que puede ser alcanzada. El acceso para

utilizar una serie de microprocesadores para dividir el control y las tareas de

comunicación se conoce como procesamiento múltiple.

Otro arreglo de procesadores múltiples sitúa la inteligencia del

microprocesador físicamente lejos del CPU. Esta técnica envuelve entradas y

salidas de interfaces inteligentes que contienen un microprocesador, memoria y

un mini ejecutivo que realiza las tareas independientes de control.

46

La función básica del CPU, es la de leer todos los dispositivos de

entrada de campos, ejecutar el programa de control de acuerdo a la lógica

programada y encender las salidas (dispositivos de campo). En realidad todo

este proceso ocurre en dos pasos, a medida que el procesador ejecuta la lógica

interna del programa y activa las bobinas internas de salidas de acuerdo como

se han programado, vale destacar que la desenergización de estas bobinas es el

encender o apagar los dispositivos de salida. Cuando el procesador ha

terminado de evaluar la lógica del programa de control de encendido o

apagado de las bobinas internas se actualizan las salidas de interfaces de los

módulos, es decir, que el proceso anteriormente descrito es el encendido o

apagado de todos los dispositivos de campos conectados a los terminales de

interfaces. Este proceso se denomina SCAN el cual se repite una y otra vez de

tal forma que realiza una operación secuencial desde el principio hasta el final.

2.4.2. ELEMENTOS DE ENTRADA/SALIDA (TARJETAS DE

ENTRADA/SALIDA).

Los elementos de entrada/salida, son los que brindan la comunicación

entre las variables del proceso y el PLC. Estas entradas y salidas prueban y

detectan los cambios de estado de las variables en el proceso, traduciéndolas en

señales que pueden procesarse por el PLC. Los elementos de salida reciben la

información proveniente del PLC y actúan sobre la variable controlada.

47

Los elementos de entrada y los sensores pueden ser:

• Termocuplas para mediciones de temperatura.

• Medidores de presión.

• Medidores de humedad.

• Medidores de nivel.

• Todo tipo de elementos que suministran una señal analógica en forma de

tensión o intensidad proporcional a una medida.

Los elementos de salida pueden ser:

• Relevadores electrónicos (relay).

• Electroválvulas.

• Motores.

• Lámparas.

• Válvulas solenoides, de control a través de convertidores

electroneumáticos.

• Amplificadores de entrada para acondicionar las distintas señales.

• Convertidor Analógico/Digital.

• Convertidor digital/analógico.

Las tarjetas de interfaces, pueden situarse dentro del mismo sistema,

computador o PLC con comunicación directa a través de los buses del mismo,

en estaciones remotas con comunicación de datos por un par de hilos, a través

48

de un transmisor y receptor.

2.4.3. MEMORIA.

La memoria, es el lugar en donde se almacenan el programa principal y

toda la data asociada a la lógica de control. Las memorias varían de acuerdo a

su tipo y a su capacidad. Según su tipo pueden ser: ROM (Read Only Memory)

RAM (Random Access Memory), PROM (Programmable Read Only

Memory), EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory).

Según su capacidad: La memoria de los controladores programables puede ser

vista como un conjunto de celdas que almacenan unidades de información, de

acuerdo al sistema binario “1” ó “0”. La capacidad de la memoria es un

elemento vital cuando se está considerando la aplicación del controlador

programable. Se debe especificar la cantidad justa de memoria que respalde el

hardware y al mismo tiempo reservar capacidad para requerimientos futuros.

Un desconocimiento de los requerimientos de capacidad de memoria dará

como resultado la compra de un controlador inadecuado o inexpandible. En

general si la capacidad de memoria en algunos controladores no es expandible

su ámbito de aplicaciones será mucho menor.

2.4.4. FUENTE DE PODER.

La fuente de poder juega un papel muy importante en la operación total

49

del sistema. Esta debe ser considerada como el elemento líder en confiabilidad

e integridad del sistema por su responsabilidad no sólo de proveer voltaje DC a

los componentes internos del sistema (procesador, memoria, entradas y

salidas), sino también el de monitoriar y regular los suministros de voltaje y

ventilación al CPU. La fuente de poder tiene la función de suministrar y

regular tensión, a la vez que sirve de protección para otros componentes del

sistema.

Cada fuente de poder tiene una máxima cantidad de corriente que puede

proveer a un nivel de voltaje dado (por ejemplo 10 Amp a 5 Volts.). La

cantidad de corriente que puede dar una fuente de poder no siempre es la

suficiente para suplir combinaciones particulares de los módulos de entradas y

salidas. En los casos de condiciones de corriente baja, habría un resultado

impredecible en el sistema de entradas y salidas. Estos efectos deben ser

considerados cuidadosamente al momento de hacer las combinaciones de los

módulos de entradas y salidas en el diseño del PLC, tomando en cuenta cuáles

son los requerimientos de corriente y voltaje del sistema de entradas y salidas.

Las especificaciones típicas de los requerimientos de voltaje y corriente de los

módulos de entradas y salidas, deben ser suministrados por el fabricante de los

mismos.

2.4.5. PRINCIPIO DE OPERACIÓN.

Los PLC son Controladores de Tiempo Real. Estos pueden controlar

50

tanto señales discretas como analógicas. Para ello cuentan con un programa de

control encargado de ejecutar las secuencias establecidas en la programación

de diagrama de escaleras (Relay Ladder Logic). La respuesta a los cambios a la

entrada, la secuencias establecidas y el control de las salidas se ejecutan en

forma sincrónica y cíclica, siendo este proceso conocido como Ciclo de Scan.

El ciclo de Scan o barrido, es uno de los parámetros más importantes en

un PLC y durante este, el PLC ejecuta las siguientes operaciones:

- Actualiza E/S: En este paso el CPU obtiene las entradas que están presentes

en ese instante de tiempo y simultáneamente envía las señales de salidas.

- Ejecuta el diagrama de escalera (RLL): Paso en que el CPU ejecuta la

lógica de relé contenida en el diagrama de escalera.

- Diagnóstico y comunicación: El CPU se comunica con sus periféricos para

chequeo de errores en la comunicación ya sean (Paridad, checksum,

detección y corrección). Esta operación verifica el estado del procesador en

cuanto a: memoria, procesador, batería y fuente de poder.

2.5. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE UN PLC.

Debido al gran numero de PLC´s existentes en el mercado, la selección

del más adecuado para una aplicación especifica, deberá estar acompañada de

un vista general del sistema. A continuación se mencionarán unos parámetros

que pueden asegurar el máximo provecho que nos brindar los Controladores

51

Lógicos Programables; los cuales son:

• Capacidad de entradas y salidas.

• Procesamiento y memoria.

• Programación e interfaces.

Según sus características, los PLC´s pueden clasificarse en micros,

medianos y grandes. A continuación se presentan cuadros comparativos de

estos.

Cuadro 2.Capacidad de Entradas y Salidas. Tipo de PLC Micros Pequeños Medianos Grandes

Número de E/S Discretas

16- 64 en una unidad básica

24-255 256-1023 1024 discretas

Expandibilidad 64 –22 64-256 256-2048 256-8192 y más Número de E/S

Analógicas 2-32 8-128 256-2048 256-8192 y más

Números max. de chasis remotos

En su mayoría no utilizan chasis

remotos

24 6-48 14-128 y más

Velocidad de Comunicación entre remotos

(baudios)

9600 9600-12.8K 19.2K-115K 115 K-1M y más

Fuente: Catálogo de AEG Venezolana, S.A

Cuadro 3. Procedimiento y Memoria Capacidad máxima de Memoria

2K-32 K 2K-64K 16K-64K 128K y más

Operaciones matemáticas

Matemáticas

Lógicas

Matemáticas, Trigonométricas Lógicas y Matriz

Matemáticas trigonométricas y

punto flotante

Además de las anteriores

operaciones de doble predicción

Instrucciones de Alto nivel

Incorporadas

Entradas de pulso y saltos

secuencias, pulsos PID, Rampa

Direccionamiento indirecto, Salto

corrimiento, Transmisión de

data.

PID de reacción integración, filtro, funciones, cargas

y descarga fijo creador de Funciones

Diagnostico. Archivo central de lazo cerrado, alineamiento de

barras, retardos de palabras

Fuente: Catálogo de AEG Venezolana, S.A

52

Cuadro 4- Programación e Interfaces. Lenguaje de alto

Nivel

Diagrama lógica, diagrama escalera

Listado de estado,

Diagramas lógicas, Diagrama

escalera

Fortran, Lotus, Diagrama de

escalera, Diagrama

bosleanos, Basic

Basic,

Assemblero Lotus, Otros

Puerto Serial Es-422 es-232, es-423 Es-232, es-422 Es-422, es-423 Programador:

Programador HH Computador PC

Unidad ESP

HH, PC

HH,PC, CET

HH, Vax, PC

HH, PC, CET;

VAX

Carga de programador

unidad de cintas IL, disco flexible

DF, Otros

FD

TL, FD

TL, FD,

EEPROM

TL, FD, EEPROM

Fuente: Catálogo de AEG Venezolana, S.A.

B. REVISIÓN DE LA LITERATURA.

Para el desarrollo de la investigación fue necesario realizar un análisis a

varias publicaciones donde se presto los antecedentes del presente diseño. La

validez de las conclusiones y recomendaciones proporcionaron datos y técnicas

importantes para el desarrollo efectivo del mismo.

Uno de los trabajos en la cual se encuentra referencia es la presentada

por URDANETA Y RINCON, (1999) en donde estudio consistió en realizar

una investigación aplicada y descriptiva, en donde se desarrolló un sistema

centralizado de control programable, basado en PLC, a fin de automatizar el

proceso de fabricación de hielo en la planta “EL TORO”. De los resultados

obtenidos en la investigación, se determinó la selección de 2 alternativas que se

adaptaron al sistema operante, y les da a este la máxima utilidad y

53

aprovechamiento. Como resultado se constituyó tres (3) PLC Allen-Bradley

modelo PLC 5/20 permitiendo trabajar en plataforma de cómputo bajo costo

como lo son los PC con Windows 3.1 NT prescindiendo de computadores de

uso dedicado como Main Frame y Vax entre otros, reduciendo también los

costos de entrenamiento del personal que esta habituado a la plataforma de

trabajo.

Por otra parte, CORDOVA. T, (1998) presentó un estudio en donde

realizó el análisis del sistema de control para la automatización de los

autoclaves en la empresa Plumrose Latinoamericana, el cual permitió

determinar los requerimientos de control y las actividades necesarias para el

desarrollo del mismo. El tipo de investigación fue descriptiva y aplicada, y la

metodología aplicada fue desarrollada por los departamentos de procesos

térmicos, instrumentación y electrónica. Los resultados de esta investigación

permitieron aumentar el rendimiento de las autoclaves y disminuir la

intervención de los operadores en el proceso, evitando que se presenten

problemas por fallas humanas.

En la misma línea de acción DÁVILA. R, (2000) desarrolló un estudio

donde tuvo como objetivo la optimización del sistema de venteo de las

válvulas de seguridad y alivio de las plantas de Amoníaco de Pequiven S.A,

con la finalidad de mejorar y corregir las desviaciones presentadas en los

reportes diarios de producción, en la etapa de refrigeración. Esta investigación

54

se caracterizó por una metodología descriptiva, de carácter aplicada y de

campo, desarrollada en las disciplinas de instrumentación y de electrónica.

Como resultado se ameritó la evaluación del sistema de control de presión en

la etapa de refrigeración, que tendrá como propósito la estabilización del

proceso en la misma.

C. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS:

Instrumentación (Ing. Carla Merea): Todo sistema de instrumentos y

dispositivos asociados, utilizados para detectar, señalizar, observar, medir,

controlar y comunicar atributos de objetos físicos ó variables de proceso.

Memoria ( Diccionario Enciclopédico de informática, Tejera 1994): En un

sistema digital, es la parte del sistema donde se almacena la información.

Lazo (Ogata, 1993): Una combinación de uno o mas instrumentos

interconectados para realizar la medida y/o control de la variable de un

proceso.

Local (Ing. Carla Merea): Ubicación de un instrumento bien sea sensor o

elemento final de un lazo de control en la misma localidad de la variable que se

desea medir.

PLC(Catálogo de AEG Venezolana, S.A): Es un aparato electrónico que opera

digitalmente, usando memoria programable para el almacenaje interno de

instrucciones que implementan funciones especificas tales como: lgicas,

55

secuencias, temporizadores, controladores, funciones aritméticas, para control

de maquinas y proceso.

Planta (Ing. Carla Merea): Equipo o conjunto de piezas que funcionan

conjuntamente con el objetivo de realizar una operación determinada. Se puede

definir una planta como cualquier objeto físico que debe ser controlado.

Proceso (Ogata, 1993): Cualquier operación de secuencia u operaciones que

incluyen un cambio en el estado de energía, de composición, dimensión, o de

otra propiedad que pueda ser definida con respecto a un dato.

Sistema (Ogata, 1993): Es una combinación de componentes que actúan

conjuntamente y cumplen determinados objetivos. Un sistema no esta limitado

a objetivos físicos. El concepto puede aplicarse a fenómenos dinámicos

abstractos, refiriéndose a sistemas físicos, biológicos, etc.

Señal de Entrada (Mc-Hill. Eléctrica y Electrónica): Es aquella que integra en

el instrumento de medida, unidad de control o sistema.

Señal de Salida (Mc-Hill. Eléctrica y Electrónica): Es aquélla que sale en el

instrumento de medida, unidad de control o sistema.

Transmisor (Catálogo de productos Rosemount): Son dispositivos los cuales

ofrecen una transmisión remota de mediciones tales como temperatura, nivel,

flujo, presión, etc; sobre distancias relativamente largas.

Relés (Allen-Bradley): Son dispositivos que sirven para sensar o detectar

condiciones de operación de interrupciones.

56

D. SISTEMA DE VARIABLES.

DEFINICIÓN CONCEPTUAL Y OPERACIONAL.

PROCESO DE VENTEO.

Son instalaciones cerradas en donde se dispone en forma segura de

aquel gas que no puede ser procesado o desviado de las corrientes de procesos.

(Manual de Operaciones, 1999). Operacionalmente se puede expresar como un

sistema donde se reciben los gases provenientes de las válvulas de seguridad.

Dichos gases llegan a los mismos por desvíos de corrientes de procesos ya que

no pueden ser procesados por las plantas compresoras, para luego ser

transportadas por tuberías de grandes dimensiones a distancias considerables,

en las cuales se disminuirían tanto su velocidad como su presión.

Una vez que los gases son manejables, se dirigirán a un sistema

despojador, en donde se retirará el líquido condensado residente en el gas;

culminado esto, se expulsará a la atmósfera en forma segura por medio de un

mechero, el cual lo incinerará con un mínimo de contaminación al ambiente

dando como resultado la culminación del proceso.

Esta variable es medida a través de un cuadro descriptivo en donde se

define las dimensiones e indicadores que a continuación se visualizaran en un

cuadro 5 de variables.

57

Cuadro 5. Variables Operacionales del Proceso de Venteo. VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES

Alivio de Gases Tuberías de Grandes Dimensiones

Separación de Gas del Crudo

Despojador de Líquidos (K.O.-Drum)

PROCESO DE VENTEO

Disposición Segura del Gas

Mechero

Fuente: Leal, 2000 SISTEMA DE CONTROL.

Es la medición del valor de la variable controlada del sistema, y aplicar

al sistema la variable manipulada para corregir o limitar la desviación del valor

medido, respecto al valor deseado (Ogata, 1993), operacionalmente en un

proceso de venteo no es más que controlar las variables implícitas en el

sistema, tal como, temperatura, nivel, flujo, presión, entre otros.

La necesidad de controlar estas variables es indispensable para el buen

desarrollo del proceso, esto se efectuará eficazmente con una exhaustiva

vigilancia, la cual se logra por medio de instrumentos que enviarán señales

tanto a una sala de control como a un PLC.

En la sala de control el operador por medio de dispositivos visuales

puede observar como se comportan las variables en el proceso. En el PLC las

señales se recibirán efectuando este, internamente una comparación del valor

obtenido en el campo con el valor deseado, el cual es óptimo para el desarrollo

efectivo del proceso.

58

Si el valor obtenido está por debajo o igual que el valor óptimo del

proceso, el PLC no efectuará acciones; pero si por el contrario, el PLC en su

comparación obtiene un valor muy por encima del valor establecido como

óptimo aplicara acciones correctivas las cuales tendrán como consecuencia el

restablecimiento normal de los valores del proceso.

Por lo anteriormente expuesto, el concepto de control aplicado a un

proceso de venteo es el mantenimiento estable de las variables del proceso lo

cual dará como resultado la ejecución estable del sistema. La variable es

medida a través de las siguientes dimensiones e indicadores.

Cuadro 6. Variables Operacionales del Sistema de Control. VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES

SISTEMA DE CONTROL

Control de Variables en el Mechero

Controlador Lógico Programable. (SLC 5/04)

Fuente: Leal, 2000

SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN.

Son dispositivos utilizados para detectar, señalizar, observar, medir,

controlar o comunicar atributos de objeto físico o proceso. (Amaya, 1985),

operacionalmente son aquellos estudios en donde se identifican los mejores o

los más efectivos instrumentos para el control de una variable en el proceso.

Esto se realiza tomando en cuenta todas las perturbaciones que se

encuentran implícitas en el proceso tales como temperatura, presión, flujo,

entre otras. El conocimiento en su totalidad de todas las perturbaciones del

59

proceso dará como resultado el instrumento perfecto para la medición deseada

siendo este inmune o resistente a estas perturbaciones que podrían afectar la

medición asociada a la operación a realizar.

Por esta razón, los sistemas de instrumentación toman en cuenta todas

estas variables externas para la transmisión tanto local como remota de los

atributos reales en la medición de variable especificada. A continuación se

mostrara la medición de esta variable a través de sus dimensiones e

indicadores.

Cuadro 7. Variables Operacionales del sistema de Instrumentación. VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES

§ Termómetro Bimetálico

§ Tubo de Bourdon (Manómetro)

Medición Local

§ Tubo de Vidrio Transparente

§ Detector de Temperatura tipo Resistencia

§ Termocuplas § Transmisor Eléctrico

de Presión § Transmisor de Nivel

tipo Hidrostático

Medición Remota

§ Tubo Venturi

SISTEMA DE INSTRUMENTACION

Sistema de bombeo para transferir crudo recolectado

en el despojador de líquidos

§ Interruptor de Nivel

tipo Flotador.

Fuente: Leal, 2000