1 de 60UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral ASIGNACION 2: INSTRUMENTACION INDUSTRIAL CORREGIDO INTEGRANTES: JESÚS DAVID SANDOVAL ORTIZ COD.1090470873 CARLOS LUIS MORA CAÑAS COD.1090392363 CRISTIAN ANDRES ARIAS PARRA COD. 1093771198 CARLOS ALBERTO GONZALEZ NEIRA COD. 87082350622 UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA VILLA DEL ROSARIO 2014 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co 2 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral ASIGNACION 2: INSTRUMENTACION INDUSTRIAL INTEGRANTES: JESÚS DAVID SANDOVAL ORTIZ COD.1090470873 CARLOS LUIS MORA CAÑAS COD.1090392363 CRISTIAN ANDRES ARIAS PARRA COD. 1093771198 CARLOS ALBERTO GONZALEZ NEIRA COD. 87082350622 PRESENTADO A: DOC. ROCCO TARANTINO ALVARADO UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA VILLA DEL ROSARIO 2014 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co 3 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral TABLA DE CONTENIDO Introducción Objetivos 1. Requisitos de la asignación. 2. Marco teórico. 3. Ingeniería Básica. 3.1. Especificaciones generales de la instrumentación. 3.1.1. Título del proyecto. 3.1.2. Breve descripción. 3.1.3. Trabajo de ingeniería a realizar en el trabajo. 3.1.4. Normas utilizadas. 3.1.5. Bases o criterios de diseño. 3.1.5.1. Tipo de instrumento a utilizar. 3.1.5.2. Panel de control. 3.1.5.3. Nivel de las señales. 3.1.5.4. Filosofía de control 3.1.5.5. Tipo de simbología a utilizar. 3.2. Diagrama de instrumentos 3.3. Listado preliminar de instrumentos. 3.3.1. TAG 3.3.2. Hojas de especificación. 3.3.2.1. Termopar tipo k 3.3.2.2. Electroválvula 3.3.2.3. Ultrasónico. 3.3.2.4. Misceláneos Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co Ingeniería de Detalle. Universidad de Pamplona Pamplona . Nivel. Vibraciones.4 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 4.edu. Identificación y diseño del controlador.unipamplona.Fax: 5682750 .Norte de Santander . Listado de materiales. 4.1. Sistema de seguridad.2. Diagramas de lazo.4. Temperatura.Colombia Tels: (7) 5685303 . 4.3.2. 6. 4. 6.www.5685305 .5685304 .co . Memoria de cálculos. 5. Alimentación 4. Bibliografía. Anexos ingeniería de la instrumentación. 6.1. Conclusiones. 8. 7. nivel y vibración. y en el método de la identificación.5 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral INTRODUCCION Este es un trabajo desarrollado para la asignación de instrumentación industrial. se llevó a cabo las pruebas de manera física y real. con el propósito de implementar de manera material la medición de las variables de temperatura. aplicando un controlador discreto para las variables nivel y temperatura respectivamente.5685304 . Universidad de Pamplona Pamplona .www. nació de la investigación e implementación práctica. encontrando las gráficas de los comportamientos respectivo de cada variable.Norte de Santander . procediendo a la identificación del proceso para la posterior sintonización de los controladores. en las cuales logramos observar el comportamiento de nuestro proceso a lazo abierto.co .5685305 .unipamplona. y desarrollo de la teoría vista en la materia en mención. Cada uno de los pasos consignados en este trabajo. basados en el método de los dos puntos. en el proceso de un intercambiador de calor Para su desarrollo.edu.Colombia Tels: (7) 5685303 .Fax: 5682750 . 6 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral OBJETIVOS Realizar un sistema de medición y control industrial de las variables de nivel y temperatura.5685304 . la ingeniería básica e ingeniería de detalle del proceso industrial de medición y control de las variables de nivel y temperatura. Recopilar toda la información y presentarla de manera clara y entendible por escrito.Fax: 5682750 . Implementar de manera física la medición y el control de las variables de nivel y temperatura. Investigar y redactar de manera ingenieril. Universidad de Pamplona Pamplona .Norte de Santander .Colombia Tels: (7) 5685303 .unipamplona.edu.www. Investigar las características de la instrumentación para la sensorica aplicada en la medición de las variables de temperatura y nivel.co .5685305 . Vibración: mostrar la FFT Sistema de seguridad por bajo y alto nivel.www. Especificaciones: I. 100 % funcional. y alta vibración.5685304 . Temperatura: Método Termopar.Norte de Santander . Realizar un sistema de medición y control industrial de las siguientes variables: Nivel: Método ultrasónico.Colombia Tels: (7) 5685303 .co .unipamplona. Universidad de Pamplona Pamplona . alta temperatura.5685305 . 1.Fax: 5682750 . III. Utilizar protocolos industriales.edu. Reporte a sistema SCADA. Sistema de medición y control industrial en físico (implementación). 100% Confiable. IV. REQUISITOS DE LA ASIGNACION.7 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral ASIGNACION 2: MEDICION Y CONTROL DE LAS VARIABLES NIVEL Y TEMPERATURA EN UN INTERCAMBIADOR. Entregar la ingeniería de diseño y construcción (Word y pdf) II. Bajo la denominación general de intercambiadores de calor. Universidad de Pamplona Pamplona . se engloba a todos aquellos dispositivos utilizados para transferir energía de un medio a otro.edu.www.Colombia Tels: (7) 5685303 . en lo que sigue se hará referencia única y exclusivamente a la transferencia de energía entre fluidos por conducción.8 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 2.5685304 .unipamplona. Termopar tipo k.5685305 . debido a que el intercambio térmico entre fluidos es uno de los procesos más frecuente e importante en la ingeniería.co . 1: Imagen representativa de un intercambiador de calor. o simplemente cambiadores de calor.Norte de Santander . sin embargo. MARCO TEÓRICO Intercambiador de calor. Fig.Fax: 5682750 . www. este sensor puede ser conectado a un instrumento de medición de Fem (fuerza electro motriz) o sea un milivoltímetro o potenciómetro. Universidad de Pamplona Pamplona . Un termopar no mide temperaturas absolutas.9 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Un termopar es un sensor de temperatura que consiste en dos conductores metálicos diferentes.5685304 . unidos en un extremo.Norte de Santander .edu.unipamplona.5685305 . denominado junta caliente suministrando una señal de tensión eléctrica que depende directamente de la temperatura. Fig. sin embargo puede ser calibrado para otro tipo de termopares. sino la diferencia de temperatura entre el extremo caliente y el extremo frío.co . Este efecto termoeléctrico hace posible la medición de temperatura mediante un termopar.Fax: 5682750 . Es un amplificador de instrumentación y circuito de compensación de la unión fría para un termopar tipo J. 2: Imagen representativa de un termopar tipo K.Colombia Tels: (7) 5685303 . AD595. www.3: Imagen representativa de un AD595.unipamplona. y circuito que requieren un amplificador de ganancia programable y precisa.Fax: 5682750 . AD620.4: Imagen representativa de un AD620.10 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Fig. diseñado específicamente para cumplir con dos áreas principales de aplicación.co .Norte de Santander .edu. Universidad de Pamplona Pamplona . circuitos que requieren de ganancias no estándar.5685305 .5685304 . Es un amplificador de instrumentación de precisión. Fig.Colombia Tels: (7) 5685303 . 5685304 .Fax: 5682750 . Fig.11 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Sensor Ultrasónico srf06.Norte de Santander .unipamplona. Universidad de Pamplona Pamplona . Reverbero.5685305 .1 metros.37 uA por cada centímetro de medición. SRF06 es un sensor de ultrasonidos cuya característica principal es que se conecta y alimenta directamente mediante bucle de corriente de 4-20 mA.co . lo que implica un valor nominal de 4mA + 31.5: Imagen representativa de un sensor ultrasónico.edu.www. La salida de corriente es de 4mA con rango de 0 y de 20mA con una medida de 5. Este tipo de bucle es muy utilizado en entornos de instrumentación industrial y entre otras ventajas permite alimentar el modulo con el mismo cable por el que se realiza la medición. El rango de trabajo es de 2cm a 5.1 metros.Colombia Tels: (7) 5685303 . por medio de la variación del ángulo de disparo de la resistencia. Es un dispositivo termodinámico que utiliza energía para elevar la temperatura del agua. 5685305 . Fig. Una electroválvula es una válvula electromecánica.unipamplona.Fax: 5682750 .Colombia Tels: (7) 5685303 .Norte de Santander .7: Imagen representativa electroválvula.6: Imagen representativa reverbero.www. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a través de una bobina solenoide. diseñada para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería.12 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Fig.5685304 . Electroválvula.co . Universidad de Pamplona Pamplona .edu. 5685304 .edu.Colombia Tels: (7) 5685303 . 4 UARTS.5685305 .www. Contiene todo lo necesario para hacer funcionar el microcontrolador.Fax: 5682750 .unipamplona. Universidad de Pamplona Pamplona . 16 entradas digitales. Fig.8: Imagen representativa arduino Mega. conector ICSP y botón de reset.Norte de Santander . Tiene 54 entradas/salidas digitales. entrada de corriente.co . conexión USB.13 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Arduino Mega El Arduino Mega es una placa microcontrolador basada ATmeg1280. simplemente conéctalo al ordenador con el cable USB o aliméntalo con un trasformador o batería para empezar. el mega es compatible con la mayoría de shields diseñados para el Arduino. un cristal oscilador de 16MHz. BREVE DESCRIPCION: La medición y control de las variables de nivel y temperatura se procederán a realizar de manera industrial. BASES O CRITERIOS DE DISEÑO: 3.5.14 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 3. 3. 3. estableciendo con claridad pautas para lograr proceder a la fase de construcción. Universidad de Pamplona Pamplona . consiste en dos etapas.2.Fax: 5682750 .Colombia Tels: (7) 5685303 . el bloque de control utilizara un controlador digital único para cada variable actuando sobre los elementos finales de control respectivos en cada variable.edu.1.4. continuación presentaremos información comparativa de diversos modelos de sensores de tipo ultrasónico industriales.1.Norte de Santander . 3. del proceso del intercambiador de calor cumpliendo la normativa ISA.www.1– 1984 (R1992). NORMAS A SER UTILIZADAS EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA DE INSTRUMENTACIÓN: En el respectivo desarrollo de la ingeniería de instrumentación. EL TIPO DE INSTRUMENTACIÓN A UTILIZAR. 3.5685304 . la sensorica para la medición de variables cumple con los requerimientos de la norma ISA.1.co . ingeniería básica e ingeniería de detalle.1. aplicándolas en un intercambiador de calor industrial que presenta una estructura de reactor con un flujo de líquido constante en la chaqueta externa. nos fundaremos en lo indicado en la norma ANSI/ISA–5. 3.unipamplona.1. TRABAJOS DE INGENIERIA A REALIZAR EN EL TRABAJO: La ingeniería a aplicar en la medición y control de las variables de nivel y temperatura en un intercambiador de calor. TITULO DEL PROYECTO: Medición y control de las variables de nivel y temperatura en un intercambiar de calor. bajo la normativa ISA. Para la medición de nivel implementaremos la utilización de un sensor de ultrasonido.1.1.3.1. estableciendo el protocolo de transmisión de datos 1-5 V para los distintos bloques sensor/transmisor utilizados en las distintas variables. ESPECIFICACIÓN GENERAL DE INSTRUMENTACIÓN.5685305 .1. Variable Nivel.5. INGENIERIA BASICA 3. 160 m – 10 m Tiempo de respuesta 105 mS Error: 0.05 % Sensor F260. Valorando las características de los sensores F260.Norte de Santander . Error: 0. no teniendo en cuenta el valor monetario del sensor ni el capital disponible para la inversión. empresa CONTRINEX Características: o o o o o o Protocolo 4-20 mA Rango: 50mm – 3000 mm Alimentación: 30 V Dc.edu.15 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Sensor PK 104097 -10 . M18. debido a su campo de medida y precisión nos Universidad de Pamplona Pamplona . PK 104097.www. Tiempo de respuesta 100 ms.co .Fax: 5682750 .unipamplona. se debe realizar la cotización del producto de manera telefónica en una línea internacional o enviando una cotización de carácter industrial formal. se concluye utilizar el sensor F260.Colombia Tels: (7) 5685303 . Tiempo de respuesta 120 mS Error: 0.0015 % Sensor M18.01 % La obtención de precios para cada uno de los sensores mencionados no fue encontrada en las páginas web. empresa PEPPERRL + FUCHS Características: o o o o o Protocolo 4-20 mA Alimentación 20 v Dc. empresa HONEYWELL Características: o o o o o Alimentación 24 V Dc. los sensores mencionados son productos de empresas de perfil internacional. Rango 0.5685304 .5685305 . Protocolo 1 – 5 V Rango 600 -3000 mm. Protección IP67. Universidad de Pamplona Pamplona .edu. 10: Sensor srf06. se utilizara un sensor de ultrasonido srf06. 9: Sensor F260. empresa PEPPERRL + FUCHS.5685305 .16 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral permitirá a futuro una mayor expansión de la parte física que integre el proceso industrial. obtenido en la tienda electrónica Dynamo Electronics.Fax: 5682750 . el proceso de medición y control de variables de nivel. Fig.co .5685304 . por motivos económicos. tienes fines de carácter de formación pedagógica. Para nuestra materia de instrumentación industrial.Norte de Santander .unipamplona.Colombia Tels: (7) 5685303 .www. Fig. 17 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Variable Temperatura. Para la medición de temperatura implementaremos la utilización de un termopar tipo k, a continuación presentaremos información comparativa de diversos modelos de sensores de temperatura industriales. ES110, empresa HONEYWELL Características: o Rango -40°c a 150 °C o Tolerancia de ± 5% OS136, empresa OMEGA Características: o Sensor de temperatura de tipo infrarrojo o Emisividad 0.95 % MBT 5560, DANFOSS INDUSTRIAL Características: o o o o o Protocolo 4-20 mA. Rango -50°C - 200°C Alimentación 10-30 V Dc. Normativa ISO 228, ISO 228-1-A. Tolerancia de ± 1% Termopares. Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co 18 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Tabla no 1: Termopares estandares. Fig. 11: Relacion de temperatura vs F.E.M. del termopar. La obtención de precios para cada uno de los sensores mencionados no fue encontrada en las páginas web, se debe realizar la cotización del producto de manera telefónica en una línea internacional o enviando una cotización de carácter industrial formal, los sensores mencionados son productos de empresas de perfil internacional. Valorando las características de los sensores de temperatura industriales ES110, OS136, MBT5560, no teniendo en cuenta el valor monetario del sensor ni el capital disponible para la inversión, se concluye utilizar el sensor MBT5560, a su favor Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co 19 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral encontramos el cumplimiento de normas ISO, favoreciendo futuras certificaciones de calidad industrial. Fig. 12: Sensor MBT5560. Para nuestra materia de instrumentación industrial, el proceso de medición y control de la variable temperatura, tienes fines de carácter de formación pedagógica, al analizar los distintos tipos de termopares se observa que el tipo K presenta una mejor linealidad, un costo económico y asequible, motivos por los cuales será nuestro sensor de temperatura a implementar. Fig. 13: Termopar tipo K. Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co 5685305 . pulsadores y botones de mando y seguridad. El panel de control es el lugar donde se encuentran los indicadores.Norte de Santander .5685304 . Universidad de Pamplona Pamplona .2.Fax: 5682750 . Fig. Tipo de panel de control y necesidad de construir o no una sala de control para ubicar el panel. la sala de control es una ubicación dentro las instalaciones de la industria donde se encuentran ubicados todos los paneles de control y monitoreo de los procesos manejados en los distintos procesos industriales.www.20 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 3.unipamplona.edu. en el mercado encontramos paneles de control con sus conexiones y su funcionamiento establecido.co . 14: Panel de control manual del intercambiador.5.1.Colombia Tels: (7) 5685303 . parada de emergía manual. La creación de una sala de control no se considera.unipamplona.. cuenta con elementos de monitoreo para visualizar temperatura. led piloto para indicar la activación y el estado de los instrumentos utilizados en el intercambiador. parte de la interpretación independiente de dos lazos de control.21 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral El panel de control del intercambiador de calor. 3. Niveles de las señales.Norte de Santander . es una botonera manual que permite alimentar los instrumentos que requieren 110 V A. el controlador digital actuara sobre el elemento final de control (Reverbero 110V Ac) aplicando un control regulatorio por variación de ancho de pulso en una salida de nuestro misceláneo del proceso acoplado con un circuito eléctrico de potencia. Universidad de Pamplona Pamplona .co . 3. el segundo lazo para la variable de nivel.4.5. 3. además la realización de nuestro proyecto es con finalidades pedagógicas motivo por el cual no disponemos de una ubicación en un plano para la realización de la sala de control.3. nivel. Filosofía de control.1.edu.5. el panel manual solo nos permite energizar cada instrumento la activación se realizara mediante el acople del circuito eléctrico de potencia y la señal digital enviada desde nuestro sistema de control y monitoreo SCADA realizado en el software GUI de matlab. el controlador digital actuara sobre el elemento final de control (Electroválvula 110V Ac) regulando la variación del ancho de pulso en una salida de nuestro misceláneo del proceso acoplado con su respectivo circuito eléctrico de potencia. comunicado de manera alámbrica con el proceso.Colombia Tels: (7) 5685303 .Fax: 5682750 . el primer lazo se aplicara para la variable de temperatura. La filosofía de control aplicada a las variables de temperatura y nivel. Tipo de simbología a utilizar en el diseño de instrumentación La simbología a utilizar en nuestro diseño de instrumentación obedece la simbología establecida en la norma ANSI/ISA–5.www.1.1.5. por motivos de contener solo un proceso industrial.5685304 .5.C. Las señales contaran con niveles de tensión de protocolo industrial (1 – 5) V.1–1984 (R1992).5685305 . co .2.Norte de Santander . Universidad de Pamplona Pamplona . 15. DIAGRAMA DE TUBERIAS E INSTRUMENTOS Fig.22 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 3.edu.Colombia Tels: (7) 5685303 .5685304 .www. P&DI asociado a nuestro proceso.Fax: 5682750 .unipamplona.5685305 . Universidad de Pamplona Pamplona . HOJAS DE ESPECIFICACION DE LOS INSTRUMENTOS.1.3.Fax: 5682750 .2.Colombia Tels: (7) 5685303 .3. LISTADO PRELIMINAR DE INSTRUMENTOS 3.5685305 .www.23 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 3. Anexaremos la redacción de las hojas de especificación de los instrumentos de acuerdo a la normativa ISA. TAG 3.5685304 .unipamplona.co . basados en las plantillas S20.Norte de Santander .edu.3. www.2.edu.Norte de Santander .1.24 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 3.Colombia Tels: (7) 5685303 . Hoja de especificación termopar tipo k.co . Universidad de Pamplona Pamplona .unipamplona.5685305 .3.Fax: 5682750 .5685304 . 2. Hoja de especificación electroválvula. Universidad de Pamplona Pamplona .5685305 .5685304 .25 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 3.unipamplona.Norte de Santander .Fax: 5682750 .www.3.co .Colombia Tels: (7) 5685303 .3.edu. Norte de Santander .edu.5685305 .www. Universidad de Pamplona Pamplona .unipamplona.3.Colombia Tels: (7) 5685303 .5685304 .26 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 3.3.co . Hoja de especificación sensor ultrasónico.Fax: 5682750 .3. 3.5685304 .4.Norte de Santander .edu.Fax: 5682750 . Hoja de especificación elementos misceláneos. Enseguida de la ingeniería de detalle en anexos encontraremos los datasheet de cada sensor utilizado.27 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 3. Universidad de Pamplona Pamplona .Colombia Tels: (7) 5685303 .5685305 .unipamplona.co .www.3. www. a continuación anexaremos el esquema de ambos lazos de control de nuestro proceso.5685305 .Fax: 5682750 . DIAGRAMAS DE LAZO Todo lazo de control obedece una estructura definida de acuerdo al siguiente diagrama de bloques.unipamplona.1.edu. Esquemático lazo de control. 4. INGENIERIA DE DETALLE.co .5685304 .Colombia Tels: (7) 5685303 . Lazo de control variable temperatura. Con la ingeniería de detalle lo que buscamos es incluir de manera específica clara en nuestro P&DI los lazos de control de manera precisa.28 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 4.Norte de Santander . Universidad de Pamplona Pamplona . www. 16: Circuito electrónico acople 110 V – Digital 5 V. CIRCUITOS DE ACOPLE DE POTENCIA.29 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Lazo de control variable nivel.edu.Norte de Santander .unipamplona. 4.Fax: 5682750 .co . Universidad de Pamplona Pamplona .2.Colombia Tels: (7) 5685303 .5685304 .5685305 . Fig. ALIMENTACION. unipamplona. Universidad de Pamplona Pamplona .5685304 .edu.30 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Fig.Colombia Tels: (7) 5685303 .Fax: 5682750 .co . 17: Esquema interno de la fuente de alimentación electrónica.5685305 .Norte de Santander .www. unipamplona.5685304 . Universidad de Pamplona Pamplona .co .Colombia Tels: (7) 5685303 .3.31 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 4. LISTADO ACTUALIZADO DE MATERIALES.Fax: 5682750 .5685305 .edu.www.Norte de Santander . 32 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 4.4 .5685305 . hallamos SL P1 = (20 .4.Colombia Tels: (7) 5685303 . Máxima no linealidad porcentual del termopar tipo k Fig. (SFSL) Usando las ecuaciones de la recta. 920) ) Universidad de Pamplona Pamplona .Fax: 5682750 .5685304 .739) & ( P2= (120. 0.www. 17: Grafica de Ecuaciones SL y SF.unipamplona. MEMORIA DE CALCULOS.co .edu.Norte de Santander . Norte de Santander .www.edu.co .33 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral El software SPSS nos entrega la ecuación de SF Fig. 19: Estimación d los parámetros SPSS 1 Universidad de Pamplona Pamplona .Fax: 5682750 .Colombia Tels: (7) 5685303 .5685305 . 18: Grafica generada por SPSS 1 Fig.5685304 .unipamplona. edu.Norte de Santander .5685304 .www.co .unipamplona. Aplicamos la fórmula de la MNLP% | | | | Universidad de Pamplona Pamplona .34 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Aplicamos la fórmula de SN Derivamos SN ( Máximos y mínimos) Igualamos a cero para obtener la TMNL Reemplazamos la TMNL en la ecuación de SN.Colombia Tels: (7) 5685303 .5685305 .Fax: 5682750 . que en caso de no resultar un valor exacto nos llevaría a escoger el valor mayor más cercano. 6. aportadas por el fabricante de las mismas.Colombia Tels: (7) 5685303 . Universidad de Pamplona Pamplona . para el caudal desarrollado. Con el diámetro de rodete determinado y el caudal. en la curva de potencia se determina el consumo de la bomba. para lo que hay que determinar previamente las alturas totales de impulsión y aspiración. 4.5685305 . la temperatura de bombeo y las propiedades físicas del fluido (densidad y viscosidad) a dicha temperatura.35 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Bomba Para la selección del modelo adecuado de bomba (una vez establecido el tipo de ésta) se recurrirá a las llamadas curvas características de la bomba.5685304 . fijando estas dos magnitudes. 3. Conocer el fluido a bombear. por lo que sus datos se deben recalcular si se van a bombear líquidos con otras propiedades físicas. 2.co . kW Las de Carga Positiva Neta de Aspiración Requerida (NPSHr) Las curvas características se construyen normalmente mediante pruebas realizadas con agua.unipamplona. Finalmente y en la curva de NPSHr se determina dicho valor. llamadas curvas QH Las de potencia del motor necesario.www. 5. Se necesitan tres curvas diferentes: Las de caudal y carga de la bomba. Establecer el caudal volumétrico a desarrollar (m3/h). El valor leído en la curva ha de incrementarse en un 15% como margen de seguridad.Fax: 5682750 . El modo de proceder.edu. determinar el diámetro del rodete. en el caso de las bombas centrífugas.Norte de Santander . Con la carga y el caudal que se precisan se ha de acudir a la curva QH y. Conocer la carga de la bomba. para el empleo de estas curvas es el siguiente: 1. edu. A TRIAC = Capacidad de corriente nominal de 2 A.co . acople de señales.5685304 .Fax: 5682750 .unipamplona.5685305 .72. Universidad de Pamplona Pamplona .Norte de Santander . V= 110 V (línea de alimentación de voltaje) W= 300 Watts (potencia nominal electro valvula) I= W/ V = 2.12.www.36 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Circuito electrónica potencia. A TRIAC = Capacidad de corriente nominal de 4 A.Colombia Tels: (7) 5685303 . V= 110 V (línea de alimentación de voltaje) W= 100 Watts (potencia nominal electro válvula) I= W/ V = 1. de 0°C a 1100°C Alcance El alcance del termopar tipo k es de 1100°C El error relativo Universidad de Pamplona Pamplona .Norte de Santander .Fax: 5682750 . ANEXOS INGENIERIA DE LA INSTRUMENTACION.f.www.co .5685304 . hasta 288 °C (550 °F). Cuando se usan a temperaturas mayores de 542 °C (1000 s. Se recomienda usar alambre más grueso para aplicaciones entre los 542 y los 871°C (1000 a 160Q S.37 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 5.). El campo de medida del termopar tipo K. Termopar tipo k. Son de gran utilidad en el rango de temperaturas de -18 a 872°C (°C a 1600 °F). Los termopares de tipo k (cromel-alumen) se utilizan en atmósferas reductoras en las que existe una falta de oxígeno libre. en atmósferas reductoras. Características estáticas.unipamplona. el índice de oxidación aumenta con gran rapidez.5685305 . Hay termopares de hierro y constantan no recubiertos que se usan con mucha frecuencia. las cuales deben ser conocidas en cada elemento utilizado.edu. Campo de medida.Colombia Tels: (7) 5685303 . La instrumentación tiene unas características estáticas y dinámicas. CARACTERÍSTICAS DE LA INSTRUMENTACIÓN.) y se acostumbra usar cubiertas o fundas de protección para alojar el termopar.F. a continuación enunciares las características de la instrumentación para la sensorica del intercambiador de calor. Colombia Tels: (7) 5685303 .Norte de Santander .5685305 .Fax: 5682750 . La exactitud del termo par tipo k es de 1±% Repetibilidad. se debe evitar el uso del mismo en áreas donde abunda el oxígeno.edu. Los termopares aunque presenten baja linealidad. El termopar tipo k. En algunos casos. tiene un recubrimiento transparente que propociona al termopar una barrera contra la humedad.co . son predecibles y repetitivos.2° C o ±0. Aterramiento Universidad de Pamplona Pamplona .5685304 . Humedad relativa.unipamplona. El termopar tipo J.75% Exactitud. y no superar una temperatura de los 760° ya que tiende a tener un mal funcionamiento. lo que le permite que sean acondicionadas. Linealidad.38 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral El límite de error del termopar tipo J es ±2. para evitar la oxidación. debido al material usado Hierro. Protección antiestática. Tiene linealidad moderada sin embargo esta linealidad es compensada por el amplificador AD595 Clasificación de área.www. recomendado para usar en atmósfera seca. El campo de medida está determinado por los valores de los límites del termopar haciendo uso de la siguiente formula. Costos. aislada a la cubierta protectora tiene mayor tiempo de respuesta.www.co .5685304 . La unión esta soldada a la punta de la cubierta. Tiene una unión soldada.5685305 . Precisión. La calibración de precisión para e AD595 es de ±1°C Sensibilidad. los cables están totalmente sellados contra contaminantes. Circuito integrado análogo AD595. tiene buen tiempo de respuesta.Fax: 5682750 .unipamplona. Tiempo de respuesta Presentan buena estabilidad a lo largo del tiempo. para uso en soluciones conductoras o donde se requiere un aislamiento del circuito de medición. El termo par de uso común. Campo de medida. Unión a tierra.edu. amplio uso industrial. útil para cambios bruscos de temperatura. debido a su pequeño tamaño responden rápidamente a los cambios de temperatura (1 a 2 minutos). Universidad de Pamplona Pamplona .Norte de Santander . económicos. y fácil de reemplazar Características dinámicas.Colombia Tels: (7) 5685303 . tienen un tiempo de respuesta más rápido.39 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Las uniones del termo par pueden ir de tres maneras expuestas. Características estáticas. Unión sin conexión a tierra. Para una ganancia dada es: Universidad de Pamplona Pamplona . Alcance El alcance del amplificador es de 10 Vdc El error relativo Los errores del AD620.www. son atribuidos a la entrada y la salida.5685305 .Norte de Santander . ajusta la sensibilidad de forma que la tensión de salida entregada sea de 1mV por °C. El amplificador AD620 tiene un rango de voltajes de 0 a 10 Vdc.unipamplona. El voltaje total error off set.5685304 . En la práctica. Bajo costo.40 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral El amplificador operacional AD594. Costos. El error de salida es dividido por una ganancia cuando es referido a la entrada. los errores de entrada son dominados por las altas ganancias y los errores de salidas por las bajas ganancias. Ancho de banda El ancho de banda del CI AD595 es de 15kHz Circuito integrado análogo AD620 Características estáticas.edu.co . Características dinámicas.Fax: 5682750 .Colombia Tels: (7) 5685303 . Campo de medida. Fax: 5682750 . Costos. Alcance El alcance del sensor ultrasónico es de 5. Características dinámicas.unipamplona. Bajo costo. es de (1 cm -5.1 m). El amplificador AD620 es de alta exactitud. Campo de medida.41 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Precisión. solo requiere de una resistencia.Norte de Santander .www. Precisión.co .5685305 .5685304 . Universidad de Pamplona Pamplona . Para obtener la ganancia deseada de 0 a 1000. El campo de medida del sensor ultrasónico.Colombia Tels: (7) 5685303 . Sensor Ultrasónico SRF06 Características estáticas.edu. Ancho de banda El ancho de banda del AD620 es de 120KHz. El amplificador AD620 tiene una alta precisión de 40 ppm(partes por millón) Exactitud.09 m. la cual es de 0. Protocolo 4-20 mA o 1-5 V.unipamplona.5685305 .42 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral El sensor ultrasónico tiene una alta precisión.Colombia Tels: (7) 5685303 .edu. Características dinámicas.Norte de Santander .3 cm.co . Linealidad. Se obtiene un valor proporcionalmente exacto a la distancia.www. Universidad de Pamplona Pamplona . Costos. Un sensor ultrasónico es relativamente económico. Tiene una buena linealidad.Fax: 5682750 .5685304 . Ancho de banda El sensor ultrasónico trabaja a una frecuencia de 40 KHz. 5685304 .Norte de Santander .Fax: 5682750 .43 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral HOJAS DE DATOS Universidad de Pamplona Pamplona .5685305 .Colombia Tels: (7) 5685303 .www.edu.co .unipamplona. edu.co .www.44 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral SRF06 Universidad de Pamplona Pamplona .unipamplona.Norte de Santander .Colombia Tels: (7) 5685303 .5685305 .5685304 .Fax: 5682750 . Fax: 5682750 .Norte de Santander .unipamplona.co .Colombia Tels: (7) 5685303 .5685305 .45 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Universidad de Pamplona Pamplona .www.edu.5685304 . www.632 – T0. IDENTIFICACION Y DISEÑO DEL CONTROLADOR 6.283) = 1.5685305 .5685304 .46 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 6.33 Función de transferencia será = = Universidad de Pamplona Pamplona .Fax: 5682750 .17 K= 11.632 – T = 1.edu.1.5 ( T 0.unipamplona.84 -0.Norte de Santander .Colombia Tels: (7) 5685303 . Imagen 1: Toma de datos Nivel IDENTIFICACION NIVEL Realizamos la identificación por el método de Smith T=1.5 * (2.672 Ø = T 0. Variable de nivel.06)= 4.co . 632 Tτ = 1. donde: T1 = @ΔC*0.5*(t2-t1) To =L = τ-t2 La respuesta del sistema identificado frente a un escalón unitario siguiente: Universidad de Pamplona Pamplona .edu.47 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral SINTONIZACION PID NIVEL Para sintonizar en controlador se utiliza el método de Zeagler-Nichols que se ve a continuación Aplicando la siguiente tabla.co . Donde T es la constante de tiempo Y L es el tiempo muerto.5685304 .283 T2 = @ΔC*0. Para calcular la constante de tiempo se utiliza el método de Zeagler-Nichols el tercer caso.www.Fax: 5682750 .5685305 .Norte de Santander .Colombia Tels: (7) 5685303 .unipamplona. www.Fax: 5682750 .co .unipamplona.5685304 .Norte de Santander .Colombia Tels: (7) 5685303 .edu.48 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral La respuesta del sistema en lazo abierto es: Universidad de Pamplona Pamplona .5685305 . co . El diagrama de bloques del sistema es el lazo cerrado con el controlador es: Universidad de Pamplona Pamplona .086*0.283 = 3.unipamplona.Fax: 5682750 .5685305 .www.632 = t2=@ 1.086*0.283 = t1=@ 0.286 -4.Colombia Tels: (7) 5685303 .5685304 .9504ese tiempo es To = 4. Para calcular el controlador Kp = k donde k es la ganancia que seria igual a.Norte de Santander .edu.0935.49 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral De acuerdo a las formulas anteriores: Para t1 =@ΔC*0.8733 ese tiempo es El t2 = @ΔC*0.1925 = 0.632 = 3. Fax: 5682750 . fallo y tiempo muerto. Universidad de Pamplona Pamplona .www. perturbación.50 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Someteremos nuestro sistema a cambios de set point.co . ruido.Colombia Tels: (7) 5685303 .5685304 .Norte de Santander .5685305 .edu.unipamplona. Fax: 5682750 . fallo y tiempo muerto.51 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Comportamiento en presencia de cambios de set point. Imagen2: Toma de datos Temperatura.Norte de Santander . ruido.www. Variable de temperatura. 6.edu.5685304 .co .2.Colombia Tels: (7) 5685303 . Universidad de Pamplona Pamplona .unipamplona.5685305 . perturbación. edu.Norte de Santander .632 – T0.Colombia Tels: (7) 5685303 .5 ( T 0.9824 Ø = T 0.Fax: 5682750 .52 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral IDENTIFICACION TEMPERATURA Realizamos la identificación por el método de Smith T=1. Universidad de Pamplona Pamplona .5685304 .unipamplona.5 * (267 -156)= 399 K= 65.283) = 1.5685305 .632 – T = 1.24 Función de transferencia será = = SINTONIZACION PID TEMPERATURA A lazo abierto estimulamos el sistema para poder identificar y realizar nuestro controlador.www.co . Norte de Santander .5685304 .53 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Ahora aplicamos el método de Zeagler-Nichols los respectivos cálculos matemáticos para encontrar t1 y t2.826 T2= 398. Nos vamos al registro del Scope y buscamos el tiempo para el valor de t1 y t2.Fax: 5682750 .Colombia Tels: (7) 5685303 .co .www. T1= 132.5685305 .3454 Procedemos a aplicar las fórmulas de Tao y de tiempo muerto Procedemos a aplicar los cálculos para un controlador PID Universidad de Pamplona Pamplona .edu.unipamplona. Kd y Kp.unipamplona.5685304 .www.5685305 .edu.Fax: 5682750 .co .54 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Ahora encontraremos las constantes Ki.Colombia Tels: (7) 5685303 . Universidad de Pamplona Pamplona .Norte de Santander . Norte de Santander .edu.Colombia Tels: (7) 5685303 .unipamplona.55 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Universidad de Pamplona Pamplona .co .Fax: 5682750 .5685304 .www.5685305 . co .56 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Temperatura con PID.unipamplona.edu. fallo y tiempo muerto.Colombia Tels: (7) 5685303 .5685304 . Someteremos nuestro sistema a cambios de set point. ruido. Universidad de Pamplona Pamplona .Norte de Santander .5685305 .Fax: 5682750 .www. perturbación. Universidad de Pamplona Pamplona .Fax: 5682750 .www.5685304 .57 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral Comportamiento en presencia de cambios de set point.edu.5685305 .unipamplona.Colombia Tels: (7) 5685303 .co . ruido. perturbación.Norte de Santander . fallo y tiempo muerto. edu.Colombia Tels: (7) 5685303 .www. SISTEMA DE SEGURIDAD.co . Universidad de Pamplona Pamplona .5685305 .5685304 .58 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral 7. VIBRACIONES 8.Fax: 5682750 .Norte de Santander .unipamplona. con cambios no bruscos.5685305 .edu. Es muy importante en el momento de realizar la identificación tener en cuenta aspectos muy importantes. Realizar la ingeniera básica e ingeniería de detalle nos permite centrarnos como ingenieros en la idea original del proceso a instrumentar. nos facilitó la comunicación y la implementación del escalamiento de los sensores. Universidad de Pamplona Pamplona . compensando la unión fría.5685304 .Colombia Tels: (7) 5685303 . esto nos permite estar seguros de su funcionalidad y del modo de operación del instrumento para su correcta utilización. principalmente entender que el proceso se incluye también el elemento final de control y el bloque sensor transmisor.www. permitiendo la comunicación con el ordenador nos facilitó realizar el procesamiento de los datos. obteniendo una temperatura de mayor precisión. y el SCADA para las variables.co .Fax: 5682750 .unipamplona. orientándonos a enfocar de una manera clara y concisa la labor de ingeniería a realizar. es muy importante su correcta realización fundamentalmente porque nos permite estandarizar de acuerdo a la normativa de la ideas ingenieriles que planeamos realizar. La tarjeta de desarrollo arduino mega.Norte de Santander . otro aspecto importante es aplicar de manera correcta nuestra señal escalón la cual se debe realizar a lazo abierto en nuestro sistema.59 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral CONCLUSIONES Para lograr compensar la naturaleza no lineal del termopar tipo K se utilizaron los integrados análogos AD594 y AD620. Apreciamos que es muy importante el manejo de las características de los sensores utilizados en la instrumentación del proceso. com.5685304 .mx/termopares.net/documentacion/12-instrumentacion-deteccion/52-introducciona-sensores-industriales http://www.html http://www.uva.slideshare.60 de 60 UNIVERSIDAD DEPAMPLONA Una Universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral BIBLIOGRAFIA http://www.pdf http://www.net/yumardiaz/intercambiadoresdecalortiposgeneralesyaplicaciones http://www.com/product/t_product.rincondelvago.net/yumardiaz/intercambiadoresdecalortiposgeneralesyaplicaciones http://www.es/~tonidm/DEI_07_comp.unipamplona.Fax: 5682750 .es/guia_docente/uploads/2011/447/42501/1/Documento15.slideshare.co .www.termokew.com/files/products/datasheets/srf06.php#informacion https://www.Colombia Tels: (7) 5685303 .php Universidad de Pamplona Pamplona .termokew.Norte de Santander .infoplc.google.com/simbolos-de-instrumentacion.co/search?q=intercambiador+de+calor&biw=1366&bih=643 &tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=KqI4UHmGPa3sASOlIDoBw&ved=0CCcQsAQ https://www5.edu.mx/termopares.aspx?id=2474 http://pishrobot.usal.abzar-control.pdf http://www.com/userfiles/file/S_20.pdf http://web.PDF http://html.5685305 .meas-spec.