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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL III

INSTRUMENTACION INDUSTRIAL III. Ing. Ricardo Alonso. INTRODUCCION. CONTROL : OPERACIÓN PROCESOS Y PRODUCCION PRODUCTOS EN ESPECIFICACION . EL CONTROLADOR POR EXCELENCIA ES EL HOMBRE ( CONTROL MANUAL) . LIMITACIONES FISIOLOGICAS IMPONEN AUTOMATIZACION. COSTOS CADA VEZ MAYORES DE OPERACIÓN.

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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL III

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  1. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL III Ing. Ricardo Alonso

  2. INTRODUCCION • CONTROL : OPERACIÓN PROCESOS Y PRODUCCION PRODUCTOS EN ESPECIFICACION. • EL CONTROLADOR POR EXCELENCIA ES EL HOMBRE ( CONTROL MANUAL). • LIMITACIONES FISIOLOGICAS IMPONEN AUTOMATIZACION. • COSTOS CADA VEZ MAYORES DE OPERACIÓN. • EL CONTROL AUTOMATICO SE CENTRA A LA OPTIMIZACION.

  3. EVOLUCION HISTORICA • GRECIA ANTIGUA : HERON Y ARQUIMEDES. • PUEBLO HEBREO : EL GOLAN. • ROMA : MUY POCO DESARROLLO. • FRANCIA : OBJETO DE JUEGOS Y DIVERSIONES. • INGLATERA : APLICACIONES EN LAS MAQUINAS DE VAPOR. • TELAR DE JAQCQUARD : CONTROL POR TARJETAS.

  4. EVOLUCION HISTORICA • SEGUNDA GUERRA MUNDIAL : NECESIDAD DE AUTOMATISMOS MILITARES ( PILOTO AUTOMATICO, ESPOLETA DE PROXIMIDAD, TORPEDO ACUSTICO, ETC). • CARRERA ARMAMENTISTA : CONTROLES PARA SISTEMAS INTRINSECAMENTE INESTABLES, MISILES, ETC. • JAPON : LOS ROBOTS Y LA INDUSTRIALIZACION. • JAPON : TRENES Y AUTOS INTELIGENTES.

  5. LA AUTOMATIZACION EN VENEZUELA • APLICACIÓN EN LA IPPCN • APLICACIONES EN SISTEMAS DE DESPACHO DE GAS. • APLICACIONES EN SISTEMAS DE OLEODUCTOS Y POLIDUCTOS. • AUTOMATIZACION DEL SISTEMA ELECTRICO INTERCONECTADO NACIONAL ( OPSIS ). • EMPRESAS COMO HONEYWELL Y FOXBORO IMPLANTAN SUS CUARTELES LATINOAMERICANOS AQUÍ EN VENEZUELA. • ULTIMA GENERACION : CONTROL AVANZADO MULTIVARIABLE Y AUTOMATIZACION TOTAL DE UNA REFINERIA ( EL PALITO 1980 – 1997).

  6. CONCEPTOS BASICOS • SISTEMA DE CONTROL REPRESENTA ENFOQUE SISTEMICO. • COMPONENTES INDEPENDIENTES NO REALIZAN LA FUNCION DEL SISTEMA DEL CONTROL HASTA ESTAR INTEGRADOS. • NO SOLO ES EL FACTOR FISICO, ES LA LOGICA IMPLICITA EN ELLA. • EL SISTEMA MODERNAMENTE COMPARTE CAMPOS CON LA INFORMATICA. • APOYO DE NUEVAS DISCIPLINAS : INVESTIGACION DE OPERACIONES, ETC.

  7. TERMINOLOGIA • VARIABLE CONTROLADA : VARIABLE CUYO VALOR SE DESEA MANTENER ESTABLE (PV) • VARIABLE MANIPULADA : AQUELLA VARIABLE DEL PROCESO QUE MANIPULA EL SISTEMA DE CONTROL A FIN DE MANTENER ESTABLE LA VARIABLE DE CONTROL. • CARGA : AQUELLA VARIABLE DE PROCESO LA CUAL AFECTA EL VALOR DE LA VARIABLE CONTROLADA Y NO PUEDE SER MANIPULADA POR EL SISTEMA DE CONTROL. • PERTURBACION : AGENTE FISICO, AJENO AL PROCESO Y ALEATORIA, LA CUAL AFECTA A LA VARIABLE CONTROLADA.

  8. TERMINOLOGIA • PUNTO DE AJUSTE : ES EL VALOR ALREDEDOR DEL CUAL SE DESEA MANTENER LA VARIABLE CONTROLADA (SP) • ERROR : DESVIACION DEL VALOR DE LA VARIABLE CONTROLADA CON RESPECTO AL PUNTO DE AJUSTE (E) • ACCION DE CONTROL : SENTIDO EN EL CUAL SE MOVERA LA VARIABLE MANIPULADA A FIN DE CORREGIR CUALQUIER ERROR EN LA VARIABLE CONTROLADA. • ELEMENTO FINAL DE CONTROL : DISPOSITIVO QUE RECIBE DIRECTAMENTE LA SEÑAL DEL CONTROLADOR Y ACTUA DIRECTAMENTE SOBRE EL PROCESO, ALTERANDO EL VALOR DE LA VARIABLE MANIPULADA.

  9. TERMINOLOGIA • CONTROLADOR : DISPOSITIVO EN EL CUAL SE CALCULA UNA ACCION DE CONTROL EN FUNCION DE UN ALGORITMO Y LA SEÑAL DE ERROR. • TRANSMISOR : DISPOSITIVO QUE TRASLADA UNA SEÑAL DE UNA FORMA A OTRA, ESTANDARIZANDOLA SEGÚN UNA ESCALA COMUN. ( SEÑAL ELECTRICA DE UNA TERMOCUPLA A PRESION EN EL RANGO DE 3 A 15 PSIG). • PROCESO : SISTEMA OBJETO DEL SISTEMA DE CONTROL.

  10. SEÑALES Variable manipulada SP E PV OP ELEMENTO FINAL DE CONTROL CONTROLADOR PROCESO TRANSMISOR Elemento de medición PV estandarizada

  11. OBJETIVOS DEL CONTROL AUTOMATICO • SE AUTOMATIZAN LOS PROCESOS POR : • SEGURIDAD PERSONAS E INSTALACIONES. • MANTENER PERFORMANCE • MANTENER CALIDAD. • INCREMENTAR PRODUCTIVIDAD • AHORRO DE RECURSOS. • REDUCIR FATIGA / INCREMENTAR PROFUNDIDAD Y AMPLITUD DEL CARGO. • REDUCCION DE PERSONAL NUNCA HA JUSTIFICADO UN PROCESO DE AUTOMATIZACION.

  12. PARADIGMA DEL CONTROL • CONTROL TIPO RETROALIMENTACION : ENFOQUE NATURALEZA. • SE COMPARA PERFORMANCE / CALIDAD VS. ESTANDAR DESEADO. • SE ACTUA SOBRE EL SISTEMA DE FORMA TAL QUE EL PARAMETRO DE PERFORMANCE SEA LLEVADO AL ESTANDAR DESEADO. • CONDICION BASICA : LA MANIPULACION DEL SISTEMA DEBE INCIDIR DE MANERA SIGNIFICATIVA SOBRE EL PARAMETRO CONTROLADO.

  13. ESTRATEGIAS DE CONTROL( Control por retroalimentación)

  14. SOFISTICACION DEL CONTROL POR RETROALIMENTACION • CONTROL POR CASCADA : CONTROL DE SISTEMAS DE ALTA INERCIA MANIPULANDO VARIABLES MUY RAPIDAS Y CON RUIDOSAS. • CONTROL SELECTIVO : CONTROL SECUENCIAL DE UN PROCESO POR MANEJO DE VARIABLES RESTRICTIVAS. • CONTROL POR RELACION : FLUJO GAS EN CALDERAS Y HORNOS. • CONTROL FEEDBACK ADAPTATIVO.

  15. PERTURBACIONES Inclusión de una perturbación d en un lazo de control por retroalimentación.

  16. OTROS ENFOQUES • CONTROL TIPO FEED FORWARD SE ANTICIPA A LOS CAMBIOS AL REACCIONAR A CAMBIOS EN LAS PERTURBACIONES. • CONTROL PREDICTIVO : SE APLICA A PROCESOS CON TIEMPOS MUERTOS MUY ELEVADOS. • CONTROLES ADAPTATIVOS : APLICABLES A SISTEMAS NO LINEALES (FUZZY LOGIC / NEUROFUZZY / NEURAL NETS ). • CONTROL MULTIVARIABLE. • CONTROL ROBUSTO : AJUSTAR AGRESIVIDAD PARA MINIMIZAR EFECTO DE PERTURBACIONES.

  17. CONTROL TIPO FEEDFORWARD

  18. CONTROL PREDICTIVO

  19. CONTROL POR LOTES

  20. CONTROL PREDICTIVO

  21. NORMAS ISA • ISA : INSTRUMENTATION SOCIETY OF AMERICA. • NORMAS APLICADAS EN LA ELABORACION DE LOS DTI. • DTI : DIAGRAMAS DE TUBERIA E INSTRUMENTACION. • REPRESENTACION ICONOGRAFICA DE LOS EQUIPOS, TUBERIAS DE CONEXIÓN E INSTRUMENTACION ( LAZOS DE CONTROL ) EN DICHOS EQUIPOS Y TUBERIAS. • NEXO COMUN ENTRE INGENIEROS DE PROCESO E INSTRUMENTISTAS.

  22. NORMAS ISA

  23. NORMAS ISA

  24. NORMAS ISA

  25. NORMAS ISA

  26. SEÑALES Enlace mecánico Señal neumática Señal eléctrica Tubo capilar Señal hidráulica Señal inalámbrica x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x L L L L L L L L

  27. ALIMENTACION SEÑALES • AS Alimentación con aire de instrumentos. • ES Alimentación eléctrica. • GS Alimentación con gas. • HS Alimentación hidráulica. • NS Alimentación con Nitrógeno. • SS Alimentación con vapor. • WS Alimentación con aire.

  28. SIMBOLOS GENERALES

  29. SIMBOLOS DE VALVULAS

  30. SIMBOLOS ESPECIALESVALVULAS DE CONTROL FC FO VALVULA FALLA ABIERTA VALVULA AIRE PARA CERRAR VALVULA FALLA CERRADA VALVULA AIRE PARA ABRIR

  31. APLICACIÓN ESTANDAR ISA

  32. SENSORES ESPECIALES • SENSOR ES LA FORMA QUE TIENE UN SISTEMA DE CONTROL DE CAPTAR LO QUE PASA EN SU ENTORNO. • PERMITE VER LAS VARIABLES CONTROLADAS Y PERTURBACIONES. • VISUALIZAR LOS VALORES DE LA VARIABLE MANIPULADA. • DETECCION DE LA POSICION DE LOS CONTROLADORES.

  33. SENSORES ESPECIALES • GENERALMENTE LOS SENSORES SE DIVIDEN EN : • SENSORES DE MEDICION. • VARIABLES FISICOQUIMICAS ( PRESION, TEMPERATURA, FLUJO , ETC). • VARIABLES ELECTRICAS ( VOLTAJE, INTENSIDAD, POTENCIA, ETC). • VARIABLES FISICAS ( PESO, FUERZA, ACELEARACION, ETC.). • VARABLES QUIMICAS ( COMPOSICION, PH, CONDUCTIVIDAD). • SENSORES DE DETECCION • POSICION • FINAL DE CARRERA • ROTACION Y DESPLAZAMIENTO.

  34. SENSORES ESPECIALES • SENSORES CLASICOS : • PRESION • TEMPERATURA • FLUJO • INTENSIDAD, VOLTAJE Y POTENCIA • PESO, FUERZA Y ACELERACION. • SENSORES ESPECIALES • EL MAS COMUN SON LOS ANALIZADORES EN LINEA.

  35. MEDICION CLASICA • PRESION : MANOMETROS, PRESOSTATOS, PIEZOMETROS. • TEMPERATURA : TERMOPARES, TERMOMETROS RELLENOS CON FLUIDO, TERMOMETROS BIMETALICOS. • FLUJO : PLACA DE ORIFICIO, VENTURI, TURBINAS, ROTAMETROS. • VOLTAJE, INTENSIDAD POTENCIA : GALVANOMETRO, PUENTES DE WEAHSTONE, CONTADORES..

  36. ANALIZADORES EN LINEA • PERMITEN MEDIR CARACTERISTICAS FISICOQUIMICAS DE PROCESOS QUIMICOS. • VARIABLES MEDIDAS: • COMPOSICION : CROMATOGRAFOS DE GASES, ANALIZADORES I/R. • CONDUCTIVIDAD ELECTRICA : CONDUCTIMETRO. • ACIDEZ / BASICIDAD : PH-METRO. • VISCOSIDAD : VISCOSIMETROS EN LINEA. • GRAVEDAD ESPECIFICA : DENSIMETROS / GRAVIMETROS.

  37. ANALIZADORES EN LINEA • LOS ANALIZADORES EN LINEA PERMITEN MEDIR ESTE PARAMETRO SIN: • TENER QUE LLEVAR UNA MUESTRA A LABORATORIO Y ESPERAR TIEMPOS LARGOS PARA OBTENER RESULTADOS. • PERMITE CERRAR EL LAZO DE CONTROL SIN LAS DEMORAS DE UN ANALISIS DE LABORATORIO. • DETECCION DE DESVIACIONES DE CALIDAD ENTRE MUESTREOS RUTINARIOS POR CONTROL DE CALIDAD. • PERMITEN EL LOGRO DEL ASEGURAMIENTO DE CALIDAD

  38. ANALIZADORES EN LINEA • PRESENTA LOS PROBLEMAS SIGUIENTES : • REQUIEREN DE MANO DE OBRA ESPECIALIZADA PARA SU MANTENIMIENTO Y AJUSTE. • NO ELIMINA LA NECESIDAD DE MANTENER UN LABORATORIO DE CONTROL DE CALIDAD. SE REQUIERE EL MISMO PARA RECALIBRACION DEL INSTRUMENTO. • SE REQUIERE DE MANTENIMIENTO Y AJUSTE CONSTANTE. • INGENIEROS ESPECIALIZADOS PARA SU ESPECIFICACION Y SELECCIÓN. INCLUYE SISTEMA DE PREPARACIOON DE MUESTRAS.

  39. ANALIZADORES EN LINEA • PRESENTA LOS PROBLEMAS SIGUIENTES : • ALTA INVERSION INICIAL Y COSTOS SIGNIFICATIVOS DE MANTENIMIENTO. • SI EXISTEN TIEMPOS MUERTOS MUY ALTOS EN EL LAZO DE CONTROL, EL ANALIZADOR TIENE MUY APLICACIÓN EN EL SISTEMA DE CONTROL. • EN ESTE CASO SE REQUIERE DE CONTROL POR ACCION PRECALCULADA , CON ANALIZADOR VIRTUAL. • EL ANALIZADOR REAL SIRVE PARA RECALIBRAR EL ANALIZADOR VIRTUAL.

  40. CROMATOGRAFO DE GASES Se coloca una muestra al inicio de una columna con un relleno Se inyecta un gas de arrastre inerte (N2) el cual mueve la muestra Al arrastrar el gas, cada componente es absorbido con diferente fuerza Los mas fuertemente absorbidos son los últimos en salir

  41. CROMATOGRAFO DE GASES El primero en salir es quemado en un quemador, lo cual produce un cambio En la llama, cuya ocurrencia e intensidad es característica del compuesto Químico, la columna y la cantidad del componente en la mezcla Quemador Detector Integrador

  42. CROMATOGRAFO DE GASES El primer componente presenta un área bajo la curva mayor que el de los demás Componentes. Esto indica que es el com- ponente que esta en mayor proporción en la mezcla. Tiempo desde el inicio de inyección del gas de arrastre

  43. Cámara de muestra Detector de IR Lente de enfoque Emisor de IR Lente de enfoque Muestra circulante ANALIZADOR INFRAROJO

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