Tema 5.- Lazo de control Introducción a los Procesos Químicos Industriales.

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1 Tema 5.- Lazo de control Introducción a los Procesos Químicos Industriales

2 Bibliografía “Process Dynamics and Control”. Dale E. Seborg, Thomas F. Edgar. Ed. Wiley. “Instrumentación Industrial”. Antonio Creus. Ed. Marcombo. ““Instrumentation & Control: Process Control Fundamentals”. PAControl.com. “DIN 19227” “ISA S5.1 Instrumentation Symbol Specificacion”

3 Objetivo del capítulo Controladores. Sensores.
Elementos finales de control Transmisores, transductores, convertidores. Líneas

4 Ejemplo: Rango de medida de un termopar

5 Rango de medida de un termopar

6 ¿Cómo funciona un lazo de control?
Un transmisor transforma esa señal producida en el sensor en una señal estandar: 4-20mA, 0-10V, 3-15 psi. Esta señal se transmite por la línea. Ejemplo: Señal 4-20 mA

7 ¿Cómo funciona un lazo de control?
Un transmisor transforma esa señal producida en el sensor en una señal estandar: 4-20mA, 0-10V, 3-15 psi. Esta señal se transmite por la línea. Ejemplo: Señal 4-20 mA Esa conversión suele ser lineal: 4 mA significa valor inferior de la propiedad, 0%, etc. 20 mA significa valor superior de la propiedad, 100%. Los transmisores se calibran con el Zero y el Span. Ejemplo: Un medidor de concentración del producto A mide entre 0 gA/gTotales y 0.7 gA/gTotales. Si el sensor y el transmisor son lineales 4-20 mA, que señal eléctrica podremos medir cuando la concentración sea 0.25 gA/gTotales. ¿y si transmitiese en 0-10 V?

8 ¿Cómo funciona un lazo de control?
El controlador (feedback) a partir de la señal calcula el valor de la propiedad que se tiene, y lo compara con el que se quiere tener (consigna) calculando el error. El objetivo del controlador es hacer este error igual a cero. El controlador resuelve el algoritmo de control (independiente de la función de transferencia), obteniendo un valor de la salida. Ej: porcentaje de apertura de una válvula.

9 ¿Cómo funciona un lazo de control?
El resultado de la ecuación de control se transforma en una señal de salida del controlador (generalmente en 4-20 mA). Ejemplo: Si el resultado es 75% saldrían 16 mA. Esta señal hace que el elemento final de control trabaje en el 75% de su rango. Es posible que sea necesario transformar esa señal mediante el uso de convertidores. Este ciclo se repite, de forma que continuamente se posiciona el elemento final de control a partir del dato de consigna, y de la lectura del sensor.

10 Válvulas

11 Válvulas

12 ¿Cómo funciona un lazo de control?
Ejemplo: La salida del controlador es del 75% (4-20mA), se transforma la señal mediante un convertidor I/P (lineal, 3-15 psi), manipulándose una válvula neumática con un posicionador isoporcentual. Si el caudal máximo que puede circular por la línea con la válvula completamente abierta son 3000 l/h. Calcula: La intensidad y presión que se mediría en la línea eléctrica y neumática. La posición del actuador. El caudal que circularía en función de la característica de la válvula.

13 Instrumentación Estudio de los sensores y transmisores: Temperatura.
Presión. Caudal. Nivel. Composición. Principales tipos. Características y selección.

14 Variables Dos tipos de variables: - Flujo: Temperatura, presión, caudal, composición… - Inventario: Líquidos (nivel), gases (presión), sólidos (peso, nivel…)

15 Diagrama de flujo (flowsheet)
Simbología y representación Diagrama de flujo (flowsheet) Flowsheet, PFD (Process flow diagram) o diagrama de flujo. Aparecen las corrientes, y el diseño básico de la planta. Pueden aparecer caudales, volúmenes y parte de la instrumentación.

16 P&ID Simbología y representación
P&ID, PID o P&I : Piping & Instrumentation Diagram. Process & Instrumentation Diagram. Diagrama de proceso e instrumentación

17 Tag: Código de identificación de instrumentos Ej: LC-101
Código Tag. Tag: Código de identificación de instrumentos Ej: LC-101 L: Primera letra (variable de proceso) C: Segunda letra (instrumento) 101: Número de identificación de lazo de control El número de Tag representa la identificación de cada elemento de control, tanto en campo como en el P&ID.

18

19 Señales Equipos individuales de medida (transmisores)

20 Señales PLC

21 Series de pulsos (on / off)
Señales Neumáticas 3 – 15 psi Eléctricas continuas 4 – 20 mA 1 – 5 V Eléctricas digitales Series de pulsos (on / off)

22 Señales

23 Señales Existen componentes electrónicos de los circuitos de control que permiten sumar señales, restarlas, multiplicarlas por una constante, encontrar el máximo de varias, el mínimo…

24 Grados de libertad para control
Los grados de libertad NF corresponden al número de variables de proceso que se pueden especificar de forma independiente. A partir del número de variables independientes en se determinan los grados de libertad de control, NGLC:

25 Grados de libertad para control
Definicion. Los grados de libertad de control (número de lazos de control que pueden establecerse en un determinado proceso, NGLC), es igual al número máximo de variables de proceso que pueden controlarse de forma independiente (temperaturas, niveles, caudales, composiciones, etc). Regla general. Para la mayor parte de los propósitos prácticos, el número de grados de libertad para el control NGLC es igual al número de de corrientes de materia o energía que pueden manipularse de forma independiente. Los almacenamientos añaden un nuevo grado de libertad.

26 Grados de libertad para control
¿Cuantos grados de libertad para control hay?

27 Tanque agitado y calentado que descarga por gravedad
Grados de libertad para control Tanque agitado y calentado que descarga por gravedad ¿Cuantos grados de libertad para control hay?

28 Tanque agitado y calentado que descarga por gravedad
Grados de libertad para control Tanque agitado y calentado que descarga por gravedad NGLC = 2

29 Grados de libertad para control

30 NGLC=1 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X Corriente de purga Corriente de A Agua de refrigeración Reactor Precalentador Unidad Flash Vapor Producto (A + C) NGLC=1

31 NGLC=2 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X Corriente de purga X Corriente de A Agua de refrigeración Reactor Precalentador Unidad Flash Vapor Producto (A + C) NGLC=2

32 NGLC=3 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X Corriente de purga X Corriente de A Agua de refrigeración Reactor X Precalentador Unidad Flash Vapor Producto (A + C) NGLC=3

33 NGLC=4 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X Corriente de purga X Corriente de A Agua de refrigeración Reactor X Precalentador Unidad Flash X Vapor Producto (A + C) NGLC=4

34 NGLC=5 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X Corriente de purga X Corriente de A Agua de refrigeración Reactor X Precalentador Unidad Flash X Vapor Producto (A + C) NGLC=5 X

35 NGLC=6 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X Corriente de purga X Corriente de A Agua de refrigeración Reactor X Precalentador Unidad Flash X Vapor Producto (A + C) NGLC=6 X X

36 NGLC=7 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X Corriente de purga X Corriente de A X Agua de refrigeración Reactor X Precalentador Unidad Flash X Vapor Producto (A + C) NGLC=7 X X

37 NGLC=8 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X X Corriente de purga X Corriente de A X Agua de refrigeración Reactor X Precalentador Unidad Flash X Vapor Producto (A + C) NGLC=8 X X

38 NGLC=9 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) X Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X X Corriente de purga X Corriente de A X Agua de refrigeración Reactor X Precalentador Unidad Flash X Vapor Producto (A + C) NGLC=9 X X

39 NGLC=10 Grados de libertad para control
Grados de libertad de control de la planta Agua de refrigeración Condensador Reciclo (B y D) X Corriente de B + D Tanque de almacenamiento del recirculado X X Corriente de purga X X Corriente de A X Agua de refrigeración Reactor X Precalentador Unidad Flash X Vapor Producto (A + C) NGLC=10 X X