TRABAJO PRÁCTICO Nº 3
TRABAJO PRÁCTICO Nº 3
Instrumentación de los sistemas de control
Instrumentación de los sistemas de control
OBJETIVOS
OBJETIVOS
..•
• Conocer las características generales de los instrumentos e interpretar informaciónConocer las características generales de los instrumentos e interpretar información
de catálogos. de catálogos.
•
• Aprender Aprender una una metodología metodología general general para para seleccionar seleccionar y y eventualmente eventualmente dimensionar dimensionar
instrumentos y válvulas. instrumentos y válvulas.
•
• Entender el significad Entender el significado y consecueo y consecuencias de la caracncias de la característica de flujo de una terística de flujo de una válvula.válvula. •
• Incorporar Incorporar una una metodología metodología para para la la determinación determinación de de las las acciones acciones de de válvulas válvulas yy
controladores. controladores.
PROBLEMA 3.1
PROBLEMA 3.1
Se dispone de un transmisor de presión manométrica 614G de ABB (se adjunta catalogo Se dispone de un transmisor de presión manométrica 614G de ABB (se adjunta catalogo 614G_1SG.pdf
614G_1SG.pdf ), codificado 614G-S2-31-3-1-151-11, que se empleará para medir presión en un), codificado 614G-S2-31-3-1-151-11, que se empleará para medir presión en un proceso industrial. Se calibró el instrumento para medir presiones entre 5000 y 20000 kPa.
proceso industrial. Se calibró el instrumento para medir presiones entre 5000 y 20000 kPa. a)
a) ¿Cuál es el límite mínimo del alcance?¿Cuál es el límite mínimo del alcance? b)
b) ¿Cuánto vale rango, el cero y el span de medición?¿Cuánto vale rango, el cero y el span de medición? c)
c) ¿Cuánto vale el máximo error de medición en este caso?¿Cuánto vale el máximo error de medición en este caso? d)
d) ¿Cuál es el valor máximo de presión admisible sin daños irreversibles para el instrumento?¿Cuál es el valor máximo de presión admisible sin daños irreversibles para el instrumento? e)
e) ¿Cuál es la señal de salida del instrumento?¿Cuál es la señal de salida del instrumento? f)
f) ¿Cuánto vale la señal de salida cuando la presión es de 13000 kPa? Acote el error.¿Cuánto vale la señal de salida cuando la presión es de 13000 kPa? Acote el error. g)
g) Calcule la ganancia del transmisor.Calcule la ganancia del transmisor. h)
h) Escriba la función de transferencia del instrumento.Escriba la función de transferencia del instrumento.
PROBLEMA 3.2
PROBLEMA 3.2
Se tienen dos transmisores de presión diferencial de las siguientes características: Se tienen dos transmisores de presión diferencial de las siguientes características:
MARCA
MARCA
EMC-28
EMC-28
FIX-32
FIX-32
Alcance
Alcance máximo máximo 0 0 - - 200 200 kPa kPa 0 0 - - 400 400 kPakPa Salida
Salida 4 4 - - 20 20 mA mA 0-5 0-5 VV
Exactitud
Exactitud ±± 0.4 % del Span0.4 % del Span ±± 0.4% R0.4% R
Tiempo de Tiempo de respuesta (escalón) respuesta (escalón) 1 s para alcanzar el 1 s para alcanzar el 80 % del
80 % del cambio máximo.cambio máximo.
2 s para alcanzar 2 s para alcanzar el 95 % cambio máximo. el 95 % cambio máximo.
PROBLEMA 3.3
Se necesita medir e indicar la temperatura del agua de un tanque cuya magnitud se estima que variará entre 20 y 160 °C. Se usará una termoresistencia Pt-100 construido según normas DIN que asegura una exactitud de ± 0.1 % del span. Se va a emplear un indicador/transmisor Omega
DP1610.pdf para indicación local y transmitir la señal a un panel de control. A partir de la información técnica indique:
a) Tipos de señales de entrada y de salida del elemento primario. b) Tipos de señales de entrada y de salida del indicador/transmisor. c) Rango de calibración del transmisor.
d) El valor de las salidas del sensor y del transmisor cuando la temperatura es de 120 °C. e) Cota del error en la medición del valor anterior
f) Función de transferencia del sistema medidor-transmisor.
En el anexo E se adjunta la tabla de Resistencia versus temperatura, Tp3_e.pdf , extraída del Apéndice E del libro: Kerlin T.,Shepard R (1982). Industrial Temperature Measurement, Instrum. Soc. of America, Research Triagle Park, U.S.A, pag. 271.
PROBLEMA 3.4
El máximo caudal que circula por una placa de orificio es de 400 m3 /h y la diferencia de presión que acusa para ese caudal el transmisor es de 180 mm columna de agua. El transmisor es
electrónico con salida 4-20 mA
a) Calcule la ganancia del sistema de medición (placa de orificio más transmisor de presión diferencial) para cualquier caudal.
b) Indique la ganancia del transmisor (en % y mA).
c) ¿Cuál será la salida en mA cuando circule 100 m3/h. ¿Qué porcentaje del span representa? d) ¿Cuál será el caudal que circula cuando la salida del transmisor es 12 mA? ¿Qué % del span
representa?
PROBLEMA 3.5
Es necesario medir el nivel de lechada de cal (densidad 1.1 g/cc y temperatura 20 °C) en un tanque abierto a la atmósfera para lo cual se utiliza un sistema de burbujeo como el indicado en la Figura.La cantidad de aire a inyectar es mínima. Características del aire a utilizar son: seco, no lubricado, filtrado y se debe asegurar que el caudal constante. Esto puede lograrse utilizando un dispositivo que consiste en un rotámetro (caudalímetro de área variable) que cuenta además con un regulador de presión.
Para transmitir la señal de nivel a distancia, se puede complementar este sistema con un transmisor de Presion, pudiendo ser de tipo diferencial para compensar la presión atmosférica o del tipo manométrico.
La cañería de burbujeo está ubicada a 40 cm de la base del tanque y el nivel máximo que debe medir es de 300 cm.
a) ¿Cuál es el rango y span del elemento primario? ¿Cuánto vale el cero?
b) Se empleará un transmisor de presión diferencial de rango ajustable, electrónico, señal de salida 4 a 20 mA. ¿Dónde se deben colocar las tomas de alta y baja presión?
c) ¿Qué señal indicará el transmisor cuando el nivel sea 100 cm?
d) Si la densidad cambia entre 1.05 y 1.15 g/cc, ¿cuál es el error que se comete en la medición?
PROBLEMA 3.6
Dimensione una válvula de control globo de doble asiento, trim V-Port, característica de flujo igual porcentaje, marca Masoneilan, Serie 10000 (se adjunta catálogo CH2500.pdf ), que se instalará en una línea de 14 pulgadas de diámetro. La presión aguas arriba es de 28 (psi) y aguas abajo de 20 (psi). El caudal normal máximo es de 1600 (gpm). El fluido es agua a temperatura ambiente.
PROBLEMA 3.7
En la figura se ve un sistema de control de nivel correspondiente al circuito de agua de enfriamiento de una torre humidificadora y se desea dimensionar la válvula de control que será globo balanceada (asiento doble) guiada en los dos extremos, marca Taylor, tipo 'TA'.
LIC LT
El agua tiene una temperatura que puede oscilar entre 15 y 20 °C y circula por una cañería de 12 pulgadas que descarga a la atmósfera. La diferencia de altura entre el nivel de líquido en el tanque y
Los caudales que normalmente circulan, según el Encargado de la División Procesos de Enfriamiento, están entre 600 y 1900 (gpm). La pérdida de carga de la línea (cañería, accesorios y filtro) se estima con buena precisión con la fórmula
ΔPL = 2.5 10-6 F2
calculada usando el factor de Fanning para escurrimiento en cañerías y un equivalente para el filtro. La pérdida de carga se expresa en (psi) y el caudal en (gpm).
La tabla de los coeficientes de flujo de la válvula proporcionados por el fabricante es la mostrada a continuación:
Apertura de la válvula en %
Diámetro
(pulg.) carrera(pulg)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
6 2 8.67 15.1 25.0 38.2 57.0 84.5 124 178 328 449
8 2 9.36 15.6 25.7 42.1 70.2 121 218 382 577 780
10 3 24.4 37.5 56.4 86.6 137 214 337 522 768 1110
12 3 25.0 55.0 90.0 145 225 342 525 800 1230 1680
a) Indicar el diámetro de la válvula.
b) Graficar ΔPL y ΔP de la bomba en función del caudal. Indique el ΔPv para los caudales
normales.
c) ¿En qué ámbito estará la apertura de la válvula normalmente?
d) ¿Cuál es el caudal máximo que circulará por la válvula y ΔPvpara ese caudal?.
e) Calcular el valor del parámetro α de la instalación.
f) Graficar caudal en función de la apertura. ¿ Varía apreciablemente la ganancia de la válvula en el rango de trabajo normal?
g) Graficar la relación entre caudal y caudal máximo como función de la apertura para las dos situaciones siguientes:
1. Para la válvula instalada y,
2. Cuando la pérdida de carga en la bomba es constante y la pérdida de carga en la línea es despreciable.
h) ¿Hay deformación de la característica inherente de flujo?
PROBLEMA 3.8
Se está analizando si la característica de flujo de la válvula de la figura se modifica cuando se la instala en una línea con una fuerza impulsora total de 16 Psi. La válvula tiene una característica de flujo inherente lineal y su coeficiente de flujo vale 100 para apertura máxima. El fluido que circula por la misma es agua.
LIC
LV
LT
F
a) Represente en un gráfico F/Fmáx en función de la apertura para: a1) Pérdida de carga en la línea nula
a2) Pérdida de carga en la línea igual a ΔpL(psi)= F (gpm)
−
3 10 4 2 .
b) Calcule el valor de αen los casos a1y a2.
c) En los casos a1y a2indique si la característica de flujo inherente de la válvula es la adecuada.
PROBLEMA 3.9
Un lazo de control nivel como el de la figura tiene un
transmisor de presión
diferencial.
Las caídas de presión
mínima y máxima en la válvula son respectivamente 5 psig y 50 psig. Analice cuál es la característica de flujo la más adecuada para este lazo. LIC LV LT F
PROBLEMA 3.10
LT LIC LV LT FSe ha instalado un sistema de control de nivel de agua a temperatura ambiente como el de la figura. La fuerza impulsora disponible total es de 30 psi.
Los caudales normales de agua varían entre 80 y 400 gpm. La pérdida de carga en la línea es 16 psi cuando el caudal es de 400 gpm. El flujo es subcrítico y la temperatura es la ambiente. Se dispone de
Cv máx Característica inherente Rangeabilidad
220 lineal 50:1
230 igual porcentaje 20:1
240 lineal 100:1
a) Graficar pérdida de carga en la línea y presión total disponible en función del caudal b) Graficar el caudal que circula por la válvula en función de la apertura para los tres casos c) ¿Cuál válvula elige? Justifique.
PROBLEMA 3.11
Una válvula de control V-PORT SLEEVELINE está instalada en una línea donde la distribución de presiones que absorbe la línea y la bomba, en función del caudal se muestran en la figura.
0 5 10 15 20 25 30 35 0 2 4 6 8 10 caudal[galones/minutos] C a í d a d e p r e s i o n e s [ P s i ] Pbomba(psi) Plínea(psi) H0(psi)
Los caudales normales máximos y mínimos son 7 y 2 galones por minuto respectivamente. El fabricante suministró la siguiente información cuando vendió l a válvula
Cv máx 0.53 3.5 13.2 52.8 211.2 844
D (plg) 0.1 0.25 0.5 1 2 4
La característica inherente de flujo de la válvula es la mostrada en la gráfica siguiente: a) Dimensione la válvula.
b) Encuentre el valor de α.
c) ¿En qué rangos de apertura trabaja la válvula?
d) El fabricante le asegura al ingeniero de Control que en el rango de trabajo la válvula tiene una característica de flujo igual porcentaje. ¿Está de acuerdo?
PROBLEMA 3.12
Un fluido de proceso se calienta en un tanque aprovechando vapor de escape de turbinas. En la unidad se implementó un lazo de control de temperatura como se ve en la figura.
Si la temperatura a la salida del tanque calefactor nuncadebe superar los 65°C, indique la acción de la
válvula de control ante falla y la acción del controlador.
COLECTOR DE VAPOR DE ESCAPE
PROBLEMA 3.13
El sistema de Control de temperatura mostrado en la figura posee una válvula con característica de flujo inherente igual porcentaje y maneja el caudal de una corriente caliente de temperatura TA.
Puede considerarse que toda la caída de presión la absorbe la válvula.
TC LV I/P
F
BF
AF
C TTT
AT
BT
CEl flujo a través de la válvula de descarga es laminar. Tanto la densidad como el calor específico pueden considerarse constantes e iguales en todas las corrientes. El tanque está abierto a la atmósfera.
a) Analice si la característica de flujo de la válvula es la adecuada.
b) Especifique la acción de la válvula ante fallas si la temperatura a la salida jamás debe superar un determinado valor.
c) Indique acción del controlador.
