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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/