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• NicolasArgañaraz

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instrumentación y Control. instrumentación. A continuación, se nombrarán parámetros importantes a medir junto con los instrumentos para realizar la respectiva medición. Presión. Manómetro: se aplican dos presiones diferentes a dos aberturas separadas en un recipiente transparente que contiene un líquido. Se utiliza la diferencia en las alturas del líquido como medida de la presión diferencial. Esta diferencia debe corregirse según la temperatura y la gravedad del líquido en el manómetro (generalmente agua o mercurio). Las presiones a menudo se expresan en unidades como "pulgadas de agua" o "Milímetros de mercurio". Tubos Bourdon: un tubo Bourdon es una bobina metálica construida a partir de un tubo metálico que tiene la calidad elástica y la resistencia a la corrosión deseadas. La tendencia del tubo enderezarse bajo presión provoca un enlace mecánico para mover un puntero o realizar una transmisión neumática o electrónica de la presión medida. Se deben usar humectantes donde la pulsación es un problema. Las trampas de condensado deben ser utilizadas aguas arriba del dispositivo en el servicio de vapor. La presión se indicada es "manométrica", que es relativa a la de los alrededores. Transductores de presión eléctricos: El elemento sensor primario de muchos transductores de presión eléctricos, generalmente toman la forma de un tubo de Bourdon, fuelles o diafragma para generar un movimiento que se transmite a un medidor de deformación. Un medidor de deformación es un dispositivo que utiliza cable de resistencia conectado en una configuración de puente de Wheatstone para generar una señal eléctrica proporcional al movimiento y por lo tanto proporcional a la variable de proceso que se está midiendo. Sensores de nivel. Medidor de vidrio: este es el dispositivo más usado comúnmente a nivel de procesos. Las gafas de calibre son generalmente clasificadas como transparente o reflectivas. Un vidrio de medida transparente consiste en un tubo de vidrio o una disposición de placas de vidrio plano en algún tipo de soporte. Desde el proceso el nivel de fluido se ve directamente, el vidrio de calibre transparente es normalmente usado con fluidos opacos. El tipo reflectivo tiene prismas reflectantes para ayudar a ver fluidos transparentes. Medidores flotadores de cadena y cinta: Usados en tanques de almacenamiento grandes, sin presión, donde se debe medir todo el rango de vacío completo. Medidores de flotación de palanca y eje: Utilizados en recipientes no presurizados o presurizados donde solo se debe medir un pequeño rango de nivel. El rango de medición está determinado por la longitud del brazo flotante, pero generalmente está entre unas pocas pulgadas y unos pocos pies. Medidores de nivel de presión de columna hidrostática: El verdadero nivel de un líquido se puede determinar dividiendo la presión hidrostática medida por la densidad del líquido. Este método requiere un conocimiento de las densidades de todas las fases del líquido. Algunos de

estos métodos son: manómetro, tubo de burbuja y Medición de presión diferencial. El burbujeador se utiliza al vacío y a bajas presiones y es especialmente bueno para servicios como azufre fundido y líquidos sucios. En servicio de "líquido hirviendo", una trampa de condensado debe ser usado en la pierna de vapor. El nivel de condensado atrapado en la pierna de vapor generalmente será diferente al nivel de líquido del recipiente, requiriendo una compensación del transmisor. Indicadores e interruptores de nivel de tipo eléctrico: Dos tipos comunes de medidores de nivel son la configuración del medidor magnético flotante y el tipo conductivo. Una ligera tensión en el carrete de cinta permite al imán rastrear el flotador en el nivel de líquido en el dispositivo. La posición del carrete representa el nivel y es conectado a un dispositivo indicador o un transmisor. Temperatura. Termocuplas: una termocupla ordinaria consta de dos tipos diferentes de alambres (metales diferentes) unidos en un extremo para formar la unión de medición o "caliente". Donde los extremos libres se conectan al instrumento de medición, se forma una referencia o unión "fría". Las lecturas de milivoltios medidas por el instrumento representan la diferencia en las temperaturas de las dos uniones y se pueden convertir a temperatura por varios métodos utilizando datos de conversión de tablas de termocuplas. Las termocuplas utilizadas para las mediciones de procesos suelen estar protegidas por un termopozo. La masa del termopozo debe mantenerse al mínimo para una respuesta más rápida. Las termocuplas deben estar en contacto térmico con el termopozo. Esto se logra mediante el uso de un lubricante térmicamente conductor o contacto físico entre el termopar y el termopar. En muchas aplicaciones de medición y control, la conexión eléctrica a tierra del termopar en el punto de medición debe ser evitada. Termómetros de resistencia: a menudo se los llama RTD para "Resistance Temperature Devices". Dado que la resistencia de los metales cambia a medida que cambia la temperatura, se puede construir un termómetro de resistencia utilizando este principio. Los metales que mejor se ajustan a este requisito de relación de temperatura/resistencia casi lineal son el platino, el cobre y el níquel. Los dispositivos de medición de resistencia que utiliza un puente de Wheatstone están calibrados en unidades de temperatura en lugar de resistencia. Los RTD se usan en aplicaciones donde se requieren respuestas rápidas y de mayor precisión que las que se pueden obtener con termocuplas. También los RTD tienen una salida eléctrica bastante alta que es adecuada para la conexión directa a indicadores, controladores, grabadores, etc. Sensores de flujo. Medidores de flujo de cabeza variable: medidores de flujo de esta clase detectan una diferencia de presión a través de un elemento de flujo especialmente diseñado para crear esa diferencia de presión. EL más común es la placa de orificio, pero otros elementos también en uso son: las boquillas de flujo, tubos venturi, tubos pitot, pitot de promedio tubos, placas objetivo y codos de tubería. Medidores de flujo de área variable: este tipo Incluye el rotámetro familiar. La presión diferencial a través del dispositivo se mantiene constante, y el área a través de la cual pasa el

fluido cambia debido al movimiento del flotador hacia arriba y abajo a través del tubo cónico. Estos generalmente están limitados para su uso con flujos relativamente pequeños donde la indicación visual es suficiente. Medidores de desplazamiento positivo: los medidores de desplazamiento positivo y las bombas dosificadoras miden cantidades discretas del fluido que fluye. El elemento giratorio está acoplado mecánicamente a un transmisor para proporcionar una indicación en unidades de galones, litros, cúbicos pies, etc. Algunos tipos comunes son: paleta giratoria, birrotor, paleta giratoria, pistón oscilante y medidores de engranajes ovales. Ellos se utilizan para dispositivos de transferencia de custodia, como medidores de gas o Bombas de gasolina. Analizadores continuos. Otros instrumentos analíticos realizan análisis continuos de una secuencia de proceso para un parámetro específico como el oxígeno contenido, densidad de gas, etc. Algunos analizadores continuos bombean o hacen fluir una muestra a través de una célula detectora. Otros colocan el elemento detector directamente en la secuencia del proceso. Los métodos de detección varían ampliamente y puede incluir el uso de radiación nuclear, óptica, vibración, juncos, celdas de flotación, "quemadores" catalíticos y otros métodos. Analizador Densidad de liquido Viscosidad del liquido Nivel de liquido Densidad del gas Azufre en el aceite pH Oxigeno Rastros de humedad Oxidos de nitrogeno CO, CO2, SO2 H2S, SO2 HC livianos Btu

Detector Resonador de masa Viscosimetro Ultrasonico, Rayos gamma Medidor de torque Atenuacion de rayos X Electrolitico Paramagnetico, Coulometrico Celda electrolitica Quimioluminiscencia Absorcion infra-roja Ultra-violeta Cromatografo Calorimetro, Cromatografo

Control. Bucles de control Un circuito de control se conoce comúnmente como un "bucle". Un bucle de control puede clasificarse como "abierto" o "cerrado" dependiendo de si los ajustes de control son ajustes manuales (bucle abierto) o determinados automáticamente por algún tipo de controlador de retroalimentación (bucle cerrado). Para entender el concepto, se tomará el ejemplo de un calentador de agua que para lograr el objetivo usa vapor caliente. Lazo abierto: en un sistema de control de lazo abierto, un operador realiza un ajuste manual a un dispositivo (válvula) que controla el flujo de una variable manipulada (vapor) para intentar alcanzar un valor de punto de ajuste (temperatura deseada) de una variable controlada (agua caliente). Sin embargo, este ajuste solo es válido para las condiciones a las cuales el operador hizo el ajuste. Cualquier perturbación como un cambio en la temperatura del agua de entrada,

temperatura del vapor, calor cedido a los alrededores, o el rendimiento causará un cambio en la temperatura de salida. Lazo cerrado: Si apropiados dispositivos de medición y control se le agregan al sistema, el ciclo es cerrado por la inclusión de un controlador de retroalimentación automático. El controlador detecta cualquier diferencia entre el punto de ajuste y señales de medición (señal de error), produce una señal de salida para ajustar la válvula en la dirección correcta corrigiendo de esta forma el calor entregado en la entrada haciendo que la medición alcance el punto ajustado. Control de retroalimentación: los componentes básicos de un bucle de control de retroalimentación son: el "comparador" (que incluye el controlador completo y cualquier convertidor de señal asociado), los "Elemento de control" (la válvula), el "elemento de retroalimentación" (el transmisor) y el "proceso" (la mezcla del vapor y Agua fría dentro del calentador de agua). Modos de control y Controladores. Las formas básicas del control de accionamiento o "modos" utilizados en la mayoría de los procesos de controles son: control de dos posiciones o "encendido-apagado", control proporcional, control integral o "restablecimiento" y control derivado o "tasa". Los últimos tres modos se usan a menudo combinados entre sí. Controladores de dos posiciones (encendido / apagado): La forma más simple de control del accionamiento, es el control "on-off", en que la salida del controlador activa o desactiva algún dispositivo de dos estados, como un relé o un tipo de válvula abierto-cerrado. El controlador de dos posiciones se usa ampliamente en el hogar en sistemas de calefacción y refrigeración, refrigeradores, tanques de agua caliente, compresores de aire y otras aplicaciones donde el costo de controladores más precisos no está justificado. La mayoría de los controladores de dos posiciones son de acción inversa, es decir, cuando la variable medida está por encima del punto de ajuste, el controlador gira la variable manipulada OFF, y cuando la variable medida está por debajo del punto de ajuste, el controlador enciende la variable manipulada. Existe una "banda muerta" o espacio diferencial alrededor de la condición de error cero para minimizar el ciclismo. Proporcional, integral y derivado Modos de control: Cuando no se puede tolerar la naturaleza cíclica del control de "encendido-apagado", un controlador que utiliza alguna combinación del proporción, integral y derivado es normalmente usado. Las combinaciones utilizadas de estos modos son: (P) Proporcional solamente; (PI) Proporcional más integral; (PD) Proporcional más derivado; y (PID) Proporcional más integral más derivado. El modo integral rara vez se usa solo, ya que agrega retraso al sistema sin los beneficios del modo proporcional. El modo derivado nunca se usa solo ya que su salida es cero, excepto cuando la señal error (PV - SP) está cambiando. Controladores de acción directa e inversa: El término de la señal error (PV - SP) indica la acción "inversa" del controlador (la salida del controlador disminuye cuando aumenta la medición). La mayoría de los controladores pueden cambiarse de uno tipo de acción a otro, y la elección depende de la acción del elemento de control final y la dirección en que la variable controlada medida responde a la manipulada variable.

Modo proporcional (P): El modo "solo proporcional" es el más simple de los tres modos de control. Se caracteriza por una relación lineal continua entre la señal de error (PV - SP) y la salida del controlador. El controlador proporcional es simple, económico y no introduce retrasos de tiempo adicionales en el sistema de control. Su principal desventaja es su incapacidad para hacer frente a los cambios de carga. En la expresión: CO = Kp * (PV – SP) + MO, el término MO representa la salida del controlador mientras está en "manual" (justo antes de que el controlador se cambie a "automático"). Por lo tanto, MO es la salida del controlador requerida para mantener el variable de proceso en el valor de consigna con la carga actual en el sistema. Los términos PV y SP en la ecuación son siempre en las mismas unidades, pero no en las mismas unidades que CO y MO. La ganancia constante de Kp puede incluir un factor de conversión para hacer Las unidades compatibles. La ganancia proporcional a menudo se expresa en términos de proporcional Banda, donde: Banda proporcional (PB%) = 100 / Ganancia. La banda proporcional representa el porcentaje de todo el rango de cambio de la señal error (PV - SP) que causará un cambio pleno del rango en la salida del controlador. compensación (offset): "Offset" es la desviación de la variable controlada, respecto del punto ajustado, expresada en unidades de proceso. La compensación ocurrirá cuando sea que las condiciones de carga del proceso hayan cambiado o cuando se haya producido un cambio en el punto de ajuste hecho de tal forma que la salida manual original, MO, del controlador no sea suficiente para mantener la variable controlada en el punto de ajuste, SP. La compensación se puede minimizar utilizando altas ganancias del controlador (banda proporcional estrecha); sin embargo, la alta ganancia puede ser poco práctica o puede causar inestabilidad en algunos procesos. Algunos controladores están equipados con un reinicio de control manual que se puede utilizar para "poner en cero" el desplazamiento mientras está en el modo automático. Los controladores no tan equipados a menudo son vueltos a "manual", se ponen en cero, luego se vuelven a "automático". Ya que este restablecimiento manual tendría que hacerse después de cada contratiempo, el modo integral es a menudo agregado para dar acción de reinicio automático. Modo integral más proporcional (PI): El "controlador PI" es el más utilizado entre los diversos Tipos de controlador (70-90% de los controladores en una planta típica). Combinando las expresiones del modo proporcional e integral da la expresión para el controlador PI: CO = Kp (PV - SP) + Ki ∫ (PV - SP) dt + MO Debido a la relación entre la ganancia del controlador y la ganancia del proceso, el modo integral de la ganancia Ki se puede expresar como Kp / Ti, donde Ti es la constante de tiempo en modo integral. Esta da la forma más familiar de la ecuación del controlador PI: CO = Kp [(PV− SP) + 1 / Ti ∫ (PV - SP) dt] + MO El término integral causará que la válvula (u otro elemento final de control) se mueva a una velocidad proporcional a la cantidad de desplazamiento hasta que se elimine todo el

desplazamiento. La constante de tiempo integral Ti también se conoce como tiempo de reinicio, y dado que representa el tiempo para que la acción integral "repita" la cantidad de la acción proporcional, el recíproco de Ti (llamado "tasa de reinicio") es a menudo dado en unidades de "repeticiones por minuto". Modo derivado más proporcional (PD): El control de retroalimentación tiene una deficiencia en la que no se toma acción correctiva hasta que exista alguna señal de error. A menudo se encuentran problemas en el control de procesos con constantes de tiempo grandes y/o tiempos muertos. Al controlar estos procesos lentos, se deben tomar medidas correctivas lo antes posible o el tiempo necesario para recuperarse será demasiado largo. La acción derivada le agrega la salida del controlador basada en la tasa de cambio de la señal error (PV - SP). Esto también se llama acción de control "tasa" o "preact". y el control mediante la acción derivada (tasa) se conoce como control "anticipatorio". Combinando la proporcional y la derivada los términos dan la expresión para la acción de control de PD: CO = Kp (PV - SP) + Kd [d (PV - SP) / dt] + MO La constante de la ganancia derivada Kd puede expresarse como Kd = Kp.Td. La constante de tiempo derivada Td representa el tiempo requerido para que la contribución del término derivado iguale la contribución del término proporcional con una constante señal de error de cambio constante o de "rampa". El derivado es, por su naturaleza, sensible al ruido de la señal y puede causar un desgaste excesivo en la válvula de control. Se debe hacer un filtrado de señal suficiente para reducir el ruido cuando se usa una acción derivada en el controlador. Modo Proporcional más Integral más Derivado (PID): Muchos controladores incluyen circuitos para modos proporcional, integral, y derivados que permiten al usuario seleccionar la acción de control deseada. La combinación de términos, como antes, da la expresión para la acción de control PID: CO = Kp (PV - SP) + Ki ∫ (PV - SP) dt + Kd [d (PV - SP) / dt] + MO Al igual que con el controlador PI, la ganancia integral puede ser expresado como Kp / (Ti) y la ganancia derivada puede ser expresado como Kp / (Td). Esto le da la forma más familiar: CO = Kp [(PV - SP) + 1 / Ti ∫ (PV - SP) dt + Td [d (PV - SP) / dt]] + MO Una forma alternativa utilizada en muchos sistemas informáticos digitales. utiliza una constante de normalización que "agrupa" los factores de conversión de unidades en Kn es: CO = Kn [Kp (PV - SP) - 1 / Ti ∫ (PV - SP) dt + Td [d (PV - SP) / dt]] + MO Solo se mencionaron los instrumentos más importantes. también, un tema más que se podría haber desarrollado serían las válvulas de control, sin embrago es un tema complejo el cual excede el tema a desarrollar. Por lo tanto, será dejado como un tema a desarrollar a futuro. Como conclusión, se puede decir que es importante conocer los distintos instrumentos junto con su funcionamiento, para poder elegir el correcto y obtener la medición más precisa posible. Además, es necesario conocer los modos de control de accionamiento ya que estos nos permiten controlar los parámetros medidos y un mal control podría generar un gran daño en los equipos.

Como comentario final, destaco mi conformidad con el tema asignado, ya que es un tema importante a conocer y que antes del desarrollo no conocía mucho al respecto. BIBLIOGRAFIA. •

Engineering Data Book - GPSA (Gas Processors Suppliers Association), http://gpsa.gpaglobal.org/databook. Volumen I, Sección 4.