AGOSTO/2023 Instrumentación y control Docente Carlos Manuel Rodriguez Ascencio AGOSTO/2023 Instrumentación y control . Competencias a desarrollar………………………..3 Introducción…………………………………………..3 Materiales y reactivos………………………….……4 Desarrollo…….………………………………………..4 Cuestionario………………………………………….16 Conclusiones…………………………………………18 Bibliografía……………………………..……….…….18 AGOSTO/2023 Instrumentación y control Competencias a desarrollar El estudiante reconocerá algunos de los medidores existentes de la variable presión, flujo y temperatura. Identificará sus características principales de operación y de aplicaciones. Introducción Dentro de los procesos industriales, se cuenta con una gran variedad de sensores para poder realizar la medición de las variables de un proceso determinado. En esta práctica solo abordaremos las variables presión, flujo y temperatura, y se trabajará con los equipos necesarios para comprender el funcionamiento de medición de estas. Estas variables son muy importantes dentro de casi todos los procesos industriales. Por lo que, el conocimiento de sus elementos primarios de medición y de los distintos instrumentos dentro de todo el proceso en general, es un aspecto de suma importancia. AGOSTO/2023 Instrumentación y control Materiales y reactivos MATERIALES EQUIPOS REACTIVOS 1 vaso de precipitado de 250 ml 1 columna de destilación Mezcla de agua y alcohol al 50% Desarrollo Parte 1 Operación de la columna de destilación para observar el funcionamiento de los elementos primarios de medición (medidor de flujo, presión y temperatura). 1.- El docente proporcionará el instructivo de operación de la columna de destilación, para verificar antes de encender el equipo. Toma evidencia fotográfica y realiza tus observaciones. Operación de la columna de destilación para observar el funcionamiento de los elementos primarios de medición (medidor de flujo, presión y temperatura) La columna de destilación tiene los siguientes puntos durante el proceso • Caída de presión a lo largo de la columna como una función de la velocidad evaporación • Eficiencia de la columna como función de la velocidad de evaporación, con reflujo total • Perfiles de temperatura placa-a-placa a lo largo de toda la columna • Construcción de McCabe-Thiele de la línea de operación AGOSTO/2023 Instrumentación y control • Evolución temporal de la composición del condensado de la última bandeja en función del porcentaje de reflujo • Balance de masa en el sistema • Control manual de la relación de reflujo, por ejemplo: para obtener un producto superior con una composición especificada. • Comparación de comportamiento con una columna rellena. 1.-Verificaremos que el sistema del agua para enfriamiento, este debe de estar conectado correctamente 2.-Se debe asegurar que todas las válvulas estén encerradas antes de encender el equipo AGOSTO/2023 Instrumentación y control 3.-Vaciamos la mezcla miscible agua-alcohol al 50% de masa de cada una, dentro del reboiler con ayuda de un embudo de plástico de tallo largo, cerramos correctamente después de hacer lo anterior 4.-Abrimos el paso de agua a un caudal de entre 3000 a 3500 mm AGOSTO/2023 Instrumentación y control 5.-Conectamos el sistema a una toma de corriente de 110V 6.-Procedemos a encender el panel de control subiendo el break, iniciando con el gris para continuar con los break negros 7.-Encender el sistema de resistencias del revoiler, apretando el botón de ON/OFF, observamos que se prendió un led verde AGOSTO/2023 Instrumentación y control 8.-Ajustamos el reboiler a 1.4 Kw de energía para calentamiento, girando el control de potencial del sistema de nombre HEAT 9.-Para monitorear las temperaturas tanto del sistema como de la columna, nos ayudamos con el selector Temperatura °C, que nos muestra el tiempo real en el punto de control de los termopares AGOSTO/2023 Instrumentación y control 10.- Posteriormente tomamos los datos que nos daba, para poder hacer los calculo correspondientes, a la igual obtención del alcohol etílico Una vez que hicimos estos pasamos a apagar las torres de destilación 1.-Se apaga el sistema de calentamiento de la mezcla tanque-reboiler (ON/OFF control) 2.-Se apagan el interruptor de paso (break negros) 3.-Se apaga el interruptor general (Break gris) 4.-Esperamos 20 minutos después de la práctica, para poder cerrar el paso del agua 5.-Desconectamos la toma de corriente de 110V COLUMNA DE DESTILACION AGOSTO/2023 Instrumentación y control Los elementos primarios de medición, son aquellos que detecta el valor de salida, es la porción de los medios de medición que primero utiliza o transforma la energía del medio controlado. Los elementos que tomamos durante esta práctica fueron (medidor de flujo, presión y temperatura) Temperatura Presión Flujo Termómetros bimetálicos Termómetros de vástago de vidrio Perímetros de radiación ópticos Pirómetros de radiación infrarrojos Termómetros de cristal de cuarzo Sistemas termales Termopares Resistencia eléctrica Tubo bourdon Columnas Sensores eléctricos Diafragmas Fuelles Capsulas Campanas Tubo pifot magnético Turbina Bomba dosificadora Tubo Venturi Derramadores Rotámetro Tarjet Remolino Vortex AGOSTO/2023 Instrumentación y control 2.- Identifica, prácticamente las partes de un manómetro, como principal elemento primario de medición de la variable presión y su funcionamiento básico. Partes de un manómetro: 1.- Ingreso de presión. 2.- Portamuelle. 3.- Mecanismo. 4.- Segmento dentado. 5.- Tirante. 6.- Terminal. 7.- Tubo de Bourdon. 8.- Aguja. 9.- Esfera. Función de un manómetro: Un manómetro es un instrumento de medida de la presión en fluidos (líquidos y gases) en circuitos cerrados. El tubo de Bourdon mueve la aguja cuando genera presión de aire. Esta actúa sobre el tubo de latón que tiende a doblarse y genera presión de aire. La principal ventaja es una lectura de presión instantánea y precisa, la disponibilidad del dispositivo y la confiabilidad. AGOSTO/2023 Instrumentación y control 3.- Reporta toda la evidencia fotográfica posible de los manómetros observados. Debes considerar en ellas: -La caratula y aguja indicadora. -Las partes que lo conforman. -El tubo Bourdon y sus partes. -Los acoplamientos mecánicos. Parte II 4.- Identifica prácticamente, los elementos primarios de medición de la variable temperatura y realiza un cuadro comparativo de las temperaturas con respecto al tiempo. Toma evidencia fotográfica y, en el reporte correspondiente, anota el principio de funcionamiento de cada uno de ellos. AGOSTO/2023 Instrumentación y control Hora 03:00 03:24 03:28 03:34 T1 27 28.3 78.4 79.4 T2 27.8 28.4 79 79.7 T3 27.6 28 79.1 79.8 T4 27.6 27.9 79.4 80 T5 27.3 50 80 80.7 T6 T7 27.4 27.4 78.5 80 80.8 82.4 81 81.6 T8 24 70 90 83.5 T9 5 86.9 87.4 88.3 T10 27.8 77 77.9 80.7 T11 T12 27.6 20 28.1 28 28 31.8 28.1 32.8 T13 26.4 27.1 33.8 32.8 T14 24.8 27.1 27.4 27.8 5.- Realiza una gráfica de las temperaturas con respecto al tiempo. Hora 03:00 T1 27 T2 T3 27.8 27.6 30 T4 27.6 25 T5 27.3 T6 27.4 T7 27.4 T8 24 T9 5 5 T10 27.8 0 T11 27.6 T12 T13 20 26.4 T14 24.8 Temperatura en °C Temperatura inicial 3:30 pm 27 27.8 27.6 27.6 27.3 27.4 27.4 27.8 27.6 26.4 24 24.8 20 20 15 10 5 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 Número de temperatura AGOSTO/2023 Instrumentación y control T1 28.3 T2 28.4 T3 28 T4 27.9 T5 50 T6 T7 78.5 80 T8 70 T9 86.9 T10 77 T11 T12 28.1 28 T13 27.1 T14 27.1 Hora 03:28 T1 78.4 T2 T3 79 79.1 T4 79.4 T5 80 T6 80.8 T7 82.4 T8 90 T9 87.4 T10 77.9 T11 28 T12 T13 31.8 33.8 T14 27.4 Temperatura 03:24 pm Temperatura en °C 03:24 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 86.9 78.5 80 77 70 50 28.3 28.4 28 27.9 T1 T2 T3 T4 28.1 28 27.1 27.1 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 Número de temperatura Temperatura (trabajo de evaporación) 03:28 pm Temperatura en °C Hora 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 82.4 78.4 79 79.1 79.4 80 80.8 90 87.4 77.9 28 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 31.8 33.8 27.4 T10 T11 T12 T13 T14 Número de temperatura AGOSTO/2023 Instrumentación y control 03:34 T1 79.4 T2 79.7 T3 79.8 T4 80 T5 80.7 T6 T7 81 81.6 T8 83.5 T9 88.3 T10 80.7 T11 T12 28.1 32.8 T13 32.8 T14 27.8 Temperatura final 03:34 pm Temperatura en °C Hora 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 83.5 79.4 79.7 79.8 80 80.7 81 81.6 88.3 80.7 28.1 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 32.8 32.8 27.8 T10 T11 T12 T13 T14 Número de temperatura AGOSTO/2023 Instrumentación y control Cuestionario a) ¿Cuál es la utilidad de un dispositivo sensor de presión y flujo? La utilidad de un dispositivo sensor de presión y flujo es medir y monitorear las variables de presión y flujo en los procesos industriales. Estos dispositivos permiten obtener datos precisos y en tiempo real sobre el nivel de presión y el caudal de flujo en diferentes sistemas y máquinas. Esta información es fundamental para controlar y optimizar los procesos, asegurar la seguridad operativa, detectar posibles fallas o fugas, y garantizar la eficiencia en la producción b) ¿Cuáles son las unidades de medida convencionales en ambas variables de proceso industrial? Las unidades de medida convencionales en la variable de presión suelen ser el bar, la libra por pulgada cuadrada (psi) y el pascal (Pa). En cuanto al flujo, las unidades de medida convencionales pueden variar según la aplicación industrial, pero algunas de las más comunes son el litro por minuto (l/min), el metro cúbico por hora (m³/h) y el pie cúbico por minuto (cfm). c) ¿Cuáles son los valores estándar de una señal neumática? Los valores estándar de una señal neumática suelen ser 4-20 mA o 0-10 V. Estos valores representan rangos de corriente o voltaje que se utilizan para transmitir información de manera estándar en sistemas de control y monitoreo industria AGOSTO/2023 Instrumentación y control d) ¿Cuál es la importancia de poder realizar las mediciones de estas variables en los procesos industriales? La importancia de poder realizar mediciones de presión y flujo en los procesos industriales radica en que estas variables son clave para garantizar la seguridad, calidad y eficiencia en la producción. Conociendo los niveles de presión y flujo, se pueden tomar decisiones informadas sobre el funcionamiento de los equipos, el control de procesos y la detección de posibles problemas. Además, estas mediciones permiten optimizar la utilización de recursos, reducir costos y evitar desperdicios en la producción industrial. e) ¿Cuáles son los instrumentos más importantes dentro de la medición de la presión y flujo dentro de la industria? ¿En qué otras áreas laborales podrían aplicarse estos u otros medidores? Menciona algunos(as) ejemplos. Los instrumentos más importantes dentro de la medición de la presión incluyen los manómetros, transmisores de presión, transductores de presión y los sensores de presión. Estos instrumentos se utilizan ampliamente en la industria para medir y monitorear la presión en diversos procesos y sistemas, como en la industria química, petroquímica, alimentaria, farmacéutica, HVAC, entre otras. En cuanto a la medición del flujo, los instrumentos más comunes son los medidores de flujo, como los caudalímetros, tubos Venturi, orificios, medidores electromagnéticos y ultrasonidos. Estos instrumentos son esenciales para medir y controlar el flujo de líquidos y gases en diferentes aplicaciones, incluyendo la industria de petróleo y gas, agua y aguas residuales, alimentos, farmacéutica, entre otras. Estos mismos instrumentos de medición de presión y flujo también pueden aplicarse en áreas laborales como la investigación científica, la industria AGOSTO/2023 Instrumentación y control automotriz, la industria del agua y aguas residuales, sistemas de climatización, la monitorización ambiental y en sistemas de seguridad de infraestructuras críticas. Conclusión La medición y el control de procesos son fundamentales para generar, en definitiva, los mejores resultados posibles en lo que toca a la utilización de recursos, máquinas, performance, rentabilidad, protección medioambiental seguridad, entre otros, en una unidad productiva. Para hacer una comparación, un médico mide las principales características del cuerpo humano para atestar que todo va bien o, si hay alguna alteración, empezar a investigar las causas para que la “máquina” siga con salud y buen funcionamiento. Los medidores de flujo son instrumentos que controlan, miden o registran la tasa de flujo, el volumen o la masa de un gas o líquido. También es posible que los conozca como contadores de flujo, indicadores de flujo, medidores de líquido o sensores de tasa de flujo. Los medidores de flujo aportan un control y/o monitoreo preciso de lo que pasa por un caño o una tubería, incluyendo agua, aire, vapor, aceite, gases y otros líquidos. Los medidores de flujo específicos para una aplicación permiten a los gestores de instalaciones, contratistas de control, ingenieros consultores y otras partes interesadas: • Entender y controlar las operaciones de flujo • Identificar y mejorar las eficiencias • Abordar los problemas del equipo y el uso irresponsable Bibliografía • Instrumentación Industrial. Antonio Creus Solé. Alfa Omega