INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN PROFESOR: RICARDO HURTADO RANGEL CONTROL DE PROCESOS II FRÍAS PEREA FRANCO JAVIER HERNÁNDEZ ESTRADA LUIS ALBERTO NAVA CRUZ JESUS ALBERTO SOLANO PÉREZ FERNANDO FIDENCIO VENCES JÍMENEZ LUIS DANIEL CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR GRUPO: 9AM5 CONTROL DE PROCESOS II ÍNDICE OBJETIVO............................................................................................. 3 JUSTIFICACIÓN.....................................................................................3 INTRODUCCIÓN..................................................................................... 4 INTERCAMBIADORES DE CALOR...........................................................4 TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR............................................4 INTERCAMBIADOR DE CONTACTO DIRECTO........................................4 TORRES DE ENFRIAMIENTO...............................................................4 INTERCAMBIADOR DE CONTACTO INDIRECTO.....................................5 INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO TUBOS CONCENTRICOS.................5 INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO TUBOS Y CORAZA..........................6 INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO PLACAS........................................7 INTERCAMBIADOR DE CALOR COMPACTO...........................................7 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO..................................................................9 SELECCIÓN DEL PROCESO.................................................................9 PASTEURIZACIÓN...............................................................................9 TIPOS DE PASTEURIZACIÓN..............................................................9 PROCESO VAT.................................................................................. 9 PROCESO HTST..............................................................................10 PROCESO UHT................................................................................ 10 PROPIEDADES DEL FLUIDO.............................................................11 INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS.........................11 FACTOR DE ENSUCIAMIENTO...........................................................14 NECESIDADES DEL PROCESO...........................................................15 SISTEMA DE CONTROL......................................................................... 16 OBJETIVO DE CONTROL...................................................................16 ESTRATEGIA DE CONTROL EN CASCADA...........................................16 DIAGRAMA DE BLOQUES...................................................................18 1 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR CONTROL DE PROCESOS II NOMENCLATURA............................................................................18 ALGORITMO DE CONTROL...............................................................19 SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN..................................................19 INTERCAMBIADOR DE CALOR.............................................................19 MICROLOGIX 1100 (FC Y TC)...........................................................20 SENSOR TIPO ABRAZADERA ROSEMOUNT 0085 (TT)............................21 NORMAS............................................................................................21 NOM-020-STPS-2011.........................................................................21 EQUIPAMIENTO................................................................................. 22 METROLOGÍA.................................................................................... 22 OBSERVACIONES................................................................................. 23 MEJORAS......................................................................................... 23 COMPARACIÓN DE ESTRATEGIAS DE CONTROL....................................24 CONTROL PRE ALIMENTADO (FEEDFORWARD)..................................24 CONTROL OVERRIDE.......................................................................24 CONCLUSIÓN......................................................................................27 REFERENCIAS.....................................................................................28 2 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR Utiliza la medida de variables internas (auxiliares) para detectar rápidamente el efecto de las perturbaciones e iniciar antes la acción correctora. específicamente para la etapa de esterilización de esta al pasar por un intercambiador de calor durante 2 segundos.CONTROL DE PROCESOS II OBJETIVO Implementar una estrategia de control a partir de los conocimientos adquiridos en el curso de control de procesos ll. JUSTIFICACIÓN Es de vital importancia mantener la leche a la salida del intercambiador de calor a una temperatura de 75C ya que si se presenta alguna alteración significativa presenta alteraciones tanto físicas como químicas con lo que se tendrá que detener el proceso para realizar limpieza en los equipos lo que produciría grandes pérdidas y retrasos en la producción. evitando que se acumule un error importante. 3 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . la dinámica existente entre la variable auxiliar y la variable manipulada debe ser más rápida que la dinámica entre la variable controlada y la variable auxiliar. Para tener a la salida leche esterilizada a una temperatura de 75C la cual será controlada mediante un control en cascada. Para que sea efectiva. por esta razón se implementa la estrategia de controlen cascada para tratar de mantener una producción constante y evitando perdidas ya que: El control en cascada se utiliza cuando se puede detectar la presencia de una perturbación antes de que tenga un efecto apreciable sobre la variable de salida o variable controlada (perturbaciones a la entrada). para el proceso de pasteurización de la leche. Por consiguiente. sin embargo. o simplemente cambiadores de calor. INTERCAMBIADOR DE CONTACTO DIRECTO. en lo que sigue se hará referencia única y exclusivamente a la transferencia de energía entre fluidos por conducción y convección. Las torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR.CONTROL DE PROCESOS II INTRODUCCIÓN INTERCAMBIADORES DE CALOR Bajo la denominación general de intercambiadores de calor. véase Figura 1. 4 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . Este tipo de intercambiador se utiliza naturalmente cuando las dos fases en contacto son mutuamente insolubles y no reaccionan una con otra. “Un intercambiador de calor es un dispositivo que facilita la transferencia de calor de unacorriente fluida a otra”. cediendo la corriente más caliente directamente su calor a la corriente más fría. En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento de calor las corrientes contactan una con otra íntimamente. que circula por la torre. mediante aire seco y frío. El agua caliente puede caer en forma de lluvia y al intercambiar calor con el aire frío. que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente. debido a que el intercambio térmico entre fluidos es uno de los procesos más frecuente e importante en la ingeniería. vaporiza una parte de ella. no puede utilizarse con sistemas gas-gas. TORRES DE ENFRIAMIENTO. se engloba a todos aquellos dispositivos utilizados para transferir energía de un medio a otro. eliminándose de la torre en forma de vapor de agua. Hay dos posibles configuraciones en cuanto a la dirección de los fluidos: a contracorriente y en paralelo. A continuación se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de tubos concéntricos o doble tubo. INTERCAMBIADOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS. A contracorriente los dos fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos. Están constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. FIGURA 2. en cambio en paralelo entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. INTERCAMBIADOR DE CONTACTO INDIRECTO. INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO TUBOS CONCENTRICOS. TORRE DE ENFRIAMIENTO.CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 1. 5 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . Véase Figura 2. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. FIGURA 3.CONTROL DE PROCESOS II INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO TUBOS Y CORAZA. el intercambiador que hay representado es 1-2. que el fluido circula una vez por la coraza y el que se encuentra en el interior de los tubos pasa dos veces. PLACA DETECTORA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. INTERCAMBIADOR DE TUBOS Y CORAZA. FIGURA 4. En los intercambiadores de calor de paso múltiple se utiliza un número par de pasos en el lado del tubo y un paso o más por el lado de la coraza. El intercambiador de calor de coraza y tubos es el más utilizado en la industria. A continuación se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de coraza y tubos. Así por ejemplo en la última imagen. representada a continuación: 6 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . Los tubos que van por dentro de la coraza son colocados mediante una placa deflectora perforada. Está formado por una coraza y por multitud de tubos. es decir. Se clasifican por el número de veces que pasa el fluido por la coraza y por el número de veces que pasa el fluido por los tubos. fijadas en una coraza de acero. en paralelo y contracorriente. hay diferentes tipos de placas que se pueden encontrar en un intercambiador de calor de placas. Estas placas están separadas por juntas. entre la segunda y la tercera otro. TIPO DE PLACAS DE UN INTERCAMBIADOR DE PLACAS. FIGURA 5. INTERCAMBIADOR DE CALOR COMPACTO. FIGURA 6. La circulación de estos fluidos puede tener diferentes configuraciones. INTERCAMBIADOR DE PLACAS.CONTROL DE PROCESOS II Estas placas deflectoras están puestas para generar un flujo cruzado y inducir una mezcla turbulenta en el fluido que va por la coraza. el fluido caliente lo hace por la parte de detrás. 7 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . la cual cosa mejora el intercambio por convección. Cada placa tiene canalizaciones diferentes de fluido que inducen a turbulencia. Si el fluido frío circula por la parte de delante de la placa. Un intercambiador de calor de placas consiste en una sucesión de láminas de metal armadas en un bastidor y conectadas de modo que entre la primera y la segunda placa circule un fluido. y así sucesivamente. INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO PLACAS. En la figura 6. el regenerador del motor Stirling y el pulmón humano. 8 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . FIGURA 7. En los intercambiadores compactos. El flujo cruzado se clasifica en mezclado (uno de los dos fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al otro sin restricciones) y no mezclado (se ponen unas placas para guiar el flujo de uno de los fluidos). Esta configuración del flujo recibe el nombre de flujo cruzado. los dos fluidos normalmente se mueven en direcciones ortogonales entre sí.CONTROL DE PROCESOS II Los intercambiadores de calor compactos están diseñados para conseguir una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de los coches. los intercambiadores de calor de cerámica de vidrio de las turbinas de gas. INTERCAMBIADOR DE CALOR COMPACTO. A continuación se muestra una imagen de un intercambiador de calor compacto con flujos a contracorriente y se puede ver su funcionamiento. la pasteurización no destruye totalmente las esporas de los microorganismos. levaduras. A diferencia de la esterilización. el objetivo primordial no es la "eliminación completa de los agentes patógenos" sino la disminución sustancial de sus poblaciones. ni elimina todas las células de microorganismos termofílicos. las especificaciones del producto dentro del costo y otras restricciones administrativas El proceso de seleccionado tendrá un efecto a largo plazo sobre la eficiencia y la producción. así como en la flexibilidad.CONTROL DE PROCESOS II DESCRIPCIÓN DEL PROCESO SELECCIÓN DEL PROCESO El objetivo del diseño de procesos es encontrar una manera de producir bienes que cumplan con los requerimientos de los clientes. alterando lo menos posible su estructura física. Uno de los objetivos del tratamiento térmico es una "esterilización parcial" de los alimentos líquidos. es básico en la pasteurización el conocimiento del mecanismo de la transferencia de calor en los alimentos. etc. por esta razón. mohos. PASTEURIZACIÓN La pasteurización o pasterización. sus componentes químicos y sus propiedades organolépticas. protozoos. Tras la operación de pasteurización. En la pasteurización. es el proceso térmico realizado a líquidos (generalmente alimentos) con el objetivo de reducir los agentes patógenos que puedan contener: bacterias. costo y la calidad de los bienes producidos por la empresa. los productos tratados se enfrían rápidamente y se sellan herméticamente con fines de seguridad alimentaria. reduciéndolas a niveles que no causen intoxicaciones alimentarias a los humanos (siempre que el producto pasteurizado se mantenga refrigerado correctamente y que se consuma antes de la fecha de caducidad indicada). TIPOS DE PASTEURIZACIÓN 9 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . Es un método empleado hoy en día sobre todo por los pequeños productores debido a que es un proceso más sencillo. Existen dos métodos distintos bajo la categoría de pasteurización HTST: en "batch" (o lotes) y en "flujo continuo". como la leche. En el proceso de "flujo continuo". PROCESO UHT El proceso UHT es de flujo continuo y mantiene la leche a una temperatura superior más alta que la empleada en el proceso HTST. Debe pasar mucho tiempo para continuar con el proceso de envasado del producto. 10 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . Entre las desventajas del proceso está la necesidad de contar con personal altamente cualificado para la realización de este trabajo. ya que expone al alimento a altas temperaturas durante un período breve y además se necesita poco equipamiento industrial para poder realizarlo. Para ambos métodos la temperatura es la misma (72 °C durante 15 segundos). El proceso consiste en calentar grandes volúmenes de leche en un recipiente estanco a 63 °C durante 30 minutos. es el más conveniente. En el proceso "batch" una gran cantidad de leche se calienta en un recipiente estanco (autoclave industrial). para luego dejar enfriar lentamente. etc. el alimento se hace circular entre dos placas de metal. reduciendo de esta manera los costes de mantenimiento de equipos. que necesita controles estrictos durante todo el proceso de producción. los zumos de fruta. Este método es el más aplicado por la industria alimentaria a gran escala. también denominadas intercambiador de calor de placas o de forma tubular (PHE). PROCESO HTST Este método es el empleado en los líquidos a granel.CONTROL DE PROCESOS II VAT HTST UHT PROCESO VAT Fue el primer método de pasteurización. la cerveza. y puede rondar los 138 °C durante un período de al menos dos segundos. aunque la industria alimentaria lo ha ido renovando por otros sistemas más eficaces. a veces más de 24 horas. Por regla general. ya que permite realizar la pasteurización de grandes cantidades de alimento en relativamente poco tiempo. 6 Punto de congelación -0. ya que permite períodos de conservación de 10 a 45 días si se almacenan refrigerados a 10 °C. se está investigando la tecnología basada en microondas. PROCESO UHT. Este método es muy adecuado para los alimentos líquidos ligeramente ácidos (la acidez se mide con el pH).CONTROL DE PROCESOS II Debido a este muy breve periodo de exposición. haciendo la transición de altas a bajas temperaturas lo más rápida posible. FIGURA 8. se produce una mínima degradación del alimento.54 ºC 11 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . El reto tecnológico del siglo XXI es poder disminuir lo más posible el período de exposición a altas temperaturas de los alimentos. tal como los zumos de frutas y los zumos de verduras (como el gazpacho). por esta razón. se debe entender que ha sido tratada por el método UHT.4-6. que permite este tipo de efectos (es empleado incluso en carnes). disminuyendo el impacto en la degradación de las propiedades organolépticas de los alimentos. La leche cuando se etiqueta como "pasteurizada" generalmente se ha tratado con el proceso HTST. PROPIEDADES DEL FLUIDO Acidez de la leche PH 6. mientras que la leche etiquetada como "ultrapasteurizada" o simplemente "UHT". El área se ajusta con facilidad mediante la adición o eliminación de placas. Incoloy 825. Las placas estándares de transferencia de calor (normalmente de acero inoxidable de los tipos 304 y 316. Las placas se pueden limpiar y reemplazar con facilidad. pero también de titanio. níquel.5 ºC Densidad de la leche 15 ºC/15 ºC es de 1. que sirven como superficies de transferencia de calor y un armazón para su apoyo.CONTROL DE PROCESOS II Punto de ebullición 100. Los miembros de soporte y armazón existen en acero inoxidable recubierto ó acero dulce esmaltados. Hastelloy C.05 a 0. La caída de presión es baja y resulta imposible que haya fugas de fluidos.125 plg). metal monel. tiene estrías para recibir empaques de goma (elastómero).4 mm (0.3 a 6. 12 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . fomenta la turbulencia de los fluidos y asegura la distribución completa del flujo. El diseño corrugado de las placas les da rigidez. bronce al fósforo y cuproníquel también están disponibles).032 INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS Los intercambiadores de placa y armazón consisten en placas estándares. comprimidas en una pieza simple de material de 1. 13 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 9. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS. VISTA REAL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS. FIGURA 11. PLACA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS. 14 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 10. principalmente. normalmente utilizado en el cálculo de intercambiadores de calor de carcasa y tubos. Esto se debe. CORRIENTE DEL FLUIDO EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS. Sería erróneo utilizar estos mismos factores. a las siguientes características de las placas: 1. que también podrían denominarse “resistencia al ensuciamiento”. FACTOR DE ENSUCIAMIENTO El factor de ensuciamiento. entre placas alternadas. entre placas alternadas y el fluido frío fluye hacia arriba. En un intercambiador de placas la tendencia al ensuciamiento es mucho más baja que en uno de carcasa y tubos. 15 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . tiene como finalidad prever un área adicional calculada para compensar la pérdida de rendimiento que en ellos genera el ensuciamiento originado por diseño constructivo. El fluido caliente fluye hacia abajo.CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 12. Un alto grado de turbulencia en los canales del intercambiador de calor de placas. en el cálculo de intercambiadores de calor de placas (PHE) o espirales (SHE). la temperatura del metal es baja y se reduce la posibilidad de precipitación de sales. 4. INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CARCASA Y TUBOS. FIGURA 13. Menor precipitación de sales. Debido al alto coeficiente de transferencia de calor en la película de fluido próxima a la pared de las placas. 3.CONTROL DE PROCESOS II 2. NECESIDADES DEL PROCESO Vapor de entrada 148°C Tiempo de proceso 2. Mínima posibilidad de corrosión.5 seg Temperatura de entrada de la leche 20°c Temperatura de salida de la leche 75°c Presión de seguridad 4bar (para evitar evaporización) 16 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . Consecuencia de la calidad del pulido superficial de las placas. Inexistencia de las zonas de baja velocidad de fluido (espacios muertos) que aparecen en los intercambiadores de carcasa y tubos. Tomando en cuenta esto se explica a continuación por qué no es suficiente un lazo de control cerrado para tener una idea observe la siguiente figura. A continuación se explica la razón del porque se utiliza esta estrategia. la cual se calienta con vapor de agua a 148oC para alcanzar una temperatura de 75oC a la salida para lograr la esterilización de la leche es necesario que a la salida este a esta temperatura ya que si sobre pasa puede perder sus propiedades tanto físicas como químicas y puede coagular la leche y esto provocaría un paro en toda la planta para limpiar los residuos.CONTROL DE PROCESOS II SISTEMA DE CONTROL OBJETIVO DE CONTROL Se utiliza un intercambiador de calor para la parte de esterilización de la leche (para el proceso de pasteurización de la leche). donde el intercambiador se alimenta con leche cruda a una temperatura aproximada de 20oC la cual pasa por este durante 2. 17 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . ESTRATEGIA DE CONTROL EN CASCADA. generando grandes pérdidas y retrasos en la producción de leche pasteurizada. En dado caso que tenga una menor temperatura a la deseada en la salida no se efectúa una esterilización adecuada lo cual puede ocasionar que no cumpla con los estándares de calidad de la leche.5 segundos. algunos de los criterios de selección para el control en cascada es que controle y se tenga el valor instantáneo de la variable de proceso (temperatura a la salida del intercambiador a 75 oC) y que el objetivo de control no se satisfaga con un lazo de control cerrado. Tomando en cuenta lo anterior se procede a explicar la estrategia de control en cascada la cual satisface nuestro objetivo de control. por lo tanto la temperatura a la salida del intercambiador de calor es diferente a 75oC por lo que no se tiene a esa temperatura y esto puede provocar que la leche coagule y provocara paros en la planta. lo que quiere decir que hay tiempos donde la variable de proceso (temperatura a la salida) está fuera del punto de control. El transmisor de flujo manda la señal al controlador de flujo (controlador esclavo) para que este efectué la acción de control antes de que pueda presentar alteraciones a la variable de proceso (temperatura a la salida de intercambiador) y en caso de que exista alguna variación en la temperatura a la salida el transmisor de temperatura manda una señal al controlador de temperatura (control maestro) para que este mande al a controlador esclavo a efectuar la acción de control para que no afecte la variable de proceso. el flujo es una variable más rápida la cual se controla a partir del controlador esclavo en caso de que hubiese una variación en el flujo de vapor rápidamente. Con la cual se tiene al flujo de vapor de agua como variable manipulada y a la temperatura de salida de intercambiador como variable controlada.CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 14. LAZO SIMPLE DEL CONTROL DE TEMPERATURA. El control en lazo cerrado no satisface nuestro objetivo de control ya que su principal desventaja es que corrige una desviación a la salida. logrando así que en la variable de proceso no haya alteraciones y se mantenga en 75oC con lo cual se logra la correcta 18 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . solo hasta que se presente el error. NOMENCLATURA 19 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . CONTROL EN CASCADA. DIAGRAMA A BLOQUES DEL CONTROL EN CASCADA.CONTROL DE PROCESOS II esterilización de la leche para que pase a la siguiente fase para la pasteurización. DIAGRAMA DE BLOQUES FIGURA 16. FIGURA 15. Véase el DTI del control en cascada a continuación. Para lograr una mejor compresión se puede observar el diagrama de bloques del control en cascada en la siguiente figura. L. M. R. : Variable del Proceso V. R. C. : Variable Controlada Maestra V. : Variable Controlada Esclavo V. : Variable Medida Temperatura V. C. R. :Controlador Maestro de Temperatura C. E. : SetPoint Remoto V. : Variable Manipulada V. : Variable Medida Flujo V. F. Me.CONTROL DE PROCESOS II S. Me. F. T. 2: Variable Retroalimentada 2 C. P. M. : SetPoint Local S. M. : Controlador Esclavo de Flujo V. P. 1: Variable Retroalimentada 1 V. P. T. C. M. : Válvula de Control 20 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . La acción integral tiene por objetivo corregir el error permanente que produce la acción proporcional cuando se realizan cambios en las variables de perturbación que afectan al control del intercambiador de calor. por lo que el control debe tener acciones proporcional.CONTROL DE PROCESOS II ALGORITMO DE CONTROL El lazo de control de temperatura suele tener tiempos de respuesta relativamente lento. integral y derivativa. donde el tiempo de retardo suelen ser grandes cuando se producen cambios en las variables de proceso. Fácil accesibilidad a ambas caras de cada placa. Menores pérdidas caloríficas. lo que puede realizarse en el mismo lugar de su emplazamiento. ya que sólo los bordes de las placas están expuestas al ambiente exterior y además de tener pequeños espesores pueden aislarse fácilmente. SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN INTERCAMBIADOR DE CALOR Las ventajas de realizar el proceso de pasteurización con intercambiadores de calor de placas con respecto a los intercambiadores tubulares residen en: Menor inversión inicial Menor consumo de auxiliares Menor espacio necesario para la instalación Facilidad de sustituir elementos con la consiguiente ventaja de facilitar las reparaciones y realizar ampliaciones con máxima economía. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS QUASAR Ahorrador de Energía Aumento de tiempo de producción Reducción de parada por mantenimiento Incremento de Vida útil 21 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . lo que permite una mejor inspección y limpieza. la acción derivativa es esencial en procesos de este tipo. por último. Admite un máximo de 144 puntos de E/S Digitales Compatible con módulos de E/S de expansión pudiendo agregar módulos analógicos 22 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . INTERCAMBIADOR DE PLACAS MICROLOGIX 1100 (FC Y TC) Incluye puerto de Ethernet/IP Permite monitoreo remoto y programación Admite la edición en línea Permite monitoreo y modificación de datos a través de su pantalla.CONTROL DE PROCESOS II Menor consumo de repuestos EasyClip (Fácil acoplamiento de juntas) Sistema de alineado Alto rendimiento Mejor zona de anclaje y soporte superior FIGURA 17. MICROLOGIX 1100 (FC Y TC). SENSOR ROSEMOUNT.CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 18. 23 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . SENSOR TIPO ABRAZADERA ROSEMOUNT 0085 (TT) Sensor no intrusivo Mide temperaturas de -110 ºC hasta 450 ºC Montaje directo o remoto Punta de plata para minimizar resistencia térmica Elementos reemplazables Muelle de compresión Ahorro de ingeniería Opciones de cabezales de acero inoxidable para entornos agresivos FIGURA 19. 24 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .G III PROTECCIÓN 4X (FT) FM Categoría I/2 A. En materia de Metrología: Establecer el Sistema General de Unidades de Medida.B.B.CONTROL DE PROCESOS II NORMAS NOM-020-STPS-2011 OBJETIVO Establecer los requisitos de seguridad para el funcionamiento de los recipientes sujetos a presión.D II/1 E. verificación y uso delos instrumentos para medir y los patrones de medida. reparación. CAMPO DE APLICACIÓN La presente Norma Oficial Mexicana rige en todo el territorio nacional y aplica en todos los centros de trabajo en donde funcionen recipientes sujetos a presión.D II/III/1 E. recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas en los centros de trabajo.C. Precisar los conceptos fundamentales sobre metrología. a fin de prevenir riesgos a los trabajadores y daños en las instalaciones.F. Establecer los requisitos para la fabricación. Establecer la obligatoriedad de la medición en transacciones comerciales y de indicar elcontenido neto en los productos envasados. venta. recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas.F. Instituir el Sistema Nacional de Calibración. importación.G /IIC (FT) METROLOGÍA LEY FEDERAL SOBRE METROLOGIA Y NORMALIZACION Esta Ley tiene por objeto.C. EQUIPAMIENTO CSA Categoría I/2 A. CONTROL DE PROCESOS II CH.29.A_48356 25 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .C.004. esto podría provocar alteraciones y perturbaciones en el control en cascada. hemos decidido implementar un lazo cerrado de control. DIAGRAMA A BLOQUES DEL CONTROL EN LAZO CERRADO. MEJORA AL CONTROL DEL PROCESO. el cual permitirá que la leche cruda ingrese en una temperatura aproximada a los 20 °C. 26 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . Esta implementación se debe a que no siempre se puede garantizar la temperatura de entrada a 20 °C. FIGURA 21. debido a esto se implementa el control en lazo cerrado para mejorar las respuestas del sistema.CONTROL DE PROCESOS II OBSERVACIONES MEJORAS Para garantizar que el flujo de entrada de la leche cruda ingresará a una temperatura de 20° C. FIGURA 20. como el que se muestra en la figura.CONTROL DE PROCESOS II COMPARACIÓN DE ESTRATEGIAS DE CONTROL CONTROL PRE ALIMENTADO (FEEDFORWARD) La temperatura de salida es la variable controlada. Mientras más perturbaciones se midan en el sistema se vuelve más costoso. Como no es posible medir todas las perturbaciones se recomienda combinar el feedforward con un feedback. Este control mantendrá la temperatura en el valor de referencia deseado. se recalientan las tuberías que están expuestas al calor generado por un incremento en el flujo de combustible. FIGURA 22. CONTROL PRE-ALIMENTADO. el caudal del producto y su temperatura de entrada son sus variables de perturbación. Se debe conocer el modelo del procesos Se deben de medir las perturbaciones que afectan más severamente la variable del proceso. corrigiendo los desequilibrios por las perturbaciones no medidas y los errores de cálculo Desventajas con Respecto a un Control en Cascada: No se conoce el valor instantáneo de la variable primaria. mientras que el caudal de vapor es su variable manipulada. CONTROL OVERRIDE En un sistema de control de temperatura. es necesario evitar que la temperatura de las tuberías alcance valores extremos que la puedan dañar. para compensar las perturbaciones. 27 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . FIGURA 24. la cual va a regular al elemento final de control. DIAGRAMA A BLOQUES DE UN CONTROL OVERRIDE. Un selector recibe las salidas de los dos controladores y elige a la menor o mayor de estas.CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 23. Desventajas con Respecto a un Control en Cascada: 28 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . DTI DE UN CONTROL OVERRIDE. en este caso cada lazo compensa sus perturbaciones y tarda más tiempo en modificar el sistema.CONTROL DE PROCESOS II Se torna más difícil de sintonizar ya que debemos tomar en cuenta las restricciones del proceso. 29 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . y en nuestro proceso no tenemos condiciones extremas para utilizar este selector. En el control en cascada las perturbaciones son compensadas por el lazo secundario. por lo que toma acciones una vez que estas perturbaciones aparecen. En este trabajo el control aplicado en el proceso escogido por el equipo es el control en cascada. 30 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . las cuales no pueden ser anticipadas por los elementos del control. En el proceso de transferencia de energía en un intercambiador de calor inciden una serie de variables físicas(temperatura y flujo) que se deben controlar para obtener la respuesta deseada.CONTROL DE PROCESOS II CONCLUSIÓN La estrategia de control en cascada es la más adecuada para satisfacer el objetivo de control de nuestro proceso ya que un lazo cerrado no lo satisface y las otras estrategias no se tienen el valor instantáneo de la variable de proceso. Con frecuencia el controlador secundario es un controlador P o un PI con una acción integral pequeña. Los controladores de los sistemas de control en cascada son reguladores PID estándar. así como minimizar el impacto de las perturbaciones que puedan presentarse. los elementos que permiten el proceso deben ser administrados mediante un correcto sistema de control que permita optimizarlo. sin tener que esperar que la variable controlada presente alguna variación. El motivo es que no hay problema si se se produce un offset en el control secundario ya que no es el objetivo del sistema de control. no obstante. en un sistema de control en cascada hay dos lazos de control que actúan sobre una misma variable manipulable. El esquema de control en cascada es sensible a perturbaciones internas al lazo de retroalimentación. mx/bp/secciones/dgsst/normatividad/130.com/media/1184684/Ex-poster-A1_ES. Teoría y Práctica Smith & Corripio Editorial Limusa https://es.mx/bp/secciones/dgsst/normatividad/normas/Nom020.com/eses/brands/rosemount/temperature/high-temperature-profiling-and-nonintrusive-sensors/pipe-clamp-sensor/pages/index.directindustry.pdf http://www.scribd.prelectronics.stps.aspx http://www.html 31 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .upc.gob.CONTROL DE PROCESOS II REFERENCIAS Control Avanzado de Procesos Jose Acedo Sanchez Ediciones Díaz de Santos S.emersonprocess.es/pdf/apv/quasar-intercambiador-calorplacas/5697-90371.gob.com/doc/248514045/Lab-07-Override http://epsem.html http://www.stps. Control Automático de Procesos.A.pdf http://www2.edu/~intercanviadorsdecalor/castella/intercanviadors_c alor.pdf http://pdf.