Instrumentación para Control de Procesos

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Instrumentación para Control
de Procesos
Prof. Cesar de Prada
Dpto. Ingeniería de Sistemas y
Automática
EII, Sede Mergelina
prada@autom.uva.es
Universidad de Valladolid
El control de procesos trata de
mantener, mediante un sistema
automático, las principales variables
de un proceso en valores próximos a
los deseados a pesar de las posibles
perturbaciones.
Introducción
l
l
l
¿Como gobernar un proceso de forma
automática?
Nociones básicas de Control
Nociones básicas de Instrumentación
Operación manual de un
proceso
Observar
Comparar
Decidir
Actuar
Operación de un proceso
Comparar
Decidir
Respuestas
Cambios
Proceso
Actuar
Medir
Respuesta dinámica
Operación manual o en lazo abierto
Operación automática
Respuestas
Cambios
Regulador
Valores
Deseados
Proceso
Actuar
Operación en lazo cerrado
Medir
Operación Automática
Medir
Comparar
Decidir
Actuar
LT
LC
Componentes
Variables
a controlar
Variables
para actuar
Regulador
Actuador
Proceso
Valores
Deseados
Transmisor
Valores medidos
Control de temperatura
Medir
Comparar
Decidir
Actuar
Indice
l
l
l
Sistemas de Control: Terminología
Control Continuo / Discreto
Transmisores
– Definiciones y tipos
– Nivel, Presión, Caudal,Temperatura...
l
Actuadores:
– Válvulas
– Bombas y Compresores
l
Dinámica de sistemas
Terminología
Perturbación
Variable
Controlada
LT
Referencia
LC
Variable
Manipulada
Variable manipulada
Manipulated Variable MV
Output to Process OP
Entrada (al proceso)
Referencia
Consigna
w
MV
y
u
Proceso
Regulador
Set Point SP
Perturbaciones
Deviation Variables DV
y (Europa)
x
Transmisor
Diagrama de bloques
Variable Controlada
Controled Variable CV
Process Variable PV
Salida (del proceso)
Control Continuo
La variable controlada, toma valores en un rango continuo, se
mide y se actúa continuamente sobre un rango de valores
del actuador
Perturbación
Variable
Controlada
LT
Referencia
LC
Variable
Manipulada
Control discreto
Detector de máxima
y mínima altura
Relé con lógica
asociada
Las variables solo
admiten un conjunto
de estados finitos
Electroválvula
ON/OFF
Diagramas de proceso P&I
Unidades de proceso
y actuadores
representados con
simbolos especiales
Instrumentos de
medida y regulación
representados por
círculos con
números y letras
Lineas de conexión
LT
102
LC
102
Instrumentos
l
l
l
l
l
l
l
Indicadores
Transmisores
Registradores
Convertidores
Controladores
Actuadores
Transductores
Conectados por lineas
de transmisión:
•Neumáticas
•Eléctricas
•Digitales
Montaje en panel
Instrumentos
Montaje en campo
LRC
128
Señal eléctrica
El número es el mismo en todos los
instrumentos de un
mismo lazo de regulación
Señal neumática
PT
014
Conexión al proceso
o alimentación
FT
12
FC
12
Instrumentos digitales
LRC
128
Comparte varias funciones:
display, control,etc.
Configurable por software
Acceso por red
Accesible al operario
PT
014
Normalmente no
accesible al operario
Controlador de DCS,
regulador por
microprocesador,...
El número es el mismo en todos los instrumentos de un
mismo lazo de regulación
Instrumentos digitales
LRC
128
Computador
Distinto del controlador
de un DCS
Varias funciones: DDC,
registro, alarmas,etc.
Acceso por red
Conexión software
o por red digital
∼
Fibra óptica
Instrumentos digitales
Control lógico o
secuencial
PLC o secuencias/
lógica de un DCS
Accesible al operario
No accesible al operario
Señal eléctrica
binaria
1ª letra
A
D
E
F
I
J
K
L
M
P
S
T
V
W
Y
Z
1ª letra:
2ª letra:
variable medida o relacionada
puede cualificar a la primera
análisis
D
diferencial
densidad
F
relación
voltaje
S
seguridad
caudal
Q
integración
corriente
X,Y, Z
posición
potencia
K
velocidad de cambio
tiempo
3ª y sig:
Función del Instrumento
nivel
I
indicador
moisture
R
registro
presión
C
control
velocidad
T
transmisor
temperatura
V
válvula
viscosidad
Y
cálculo, aparato auxiliar
Peso
H
alto
Evento
L
bajo M medio
posición
Instrumentos
PDT
LRC
PIC
DT
FY
FFC
ST
TDT
Actuadores
Válvula genérica
(on –off, abierta)
Válvula genérica
(on –off, cerrada)
Válvula genérica
de tres vias
S
Válvula
de
Retención
Válvula con
actuador de
soleniode (on –off)
Válvula
de
mariposa
Actuadores
M
Motor
Turbina
Compresor
Bomba
Válvula de control
con posicionador
Con regulación de
presión
DV
Recalentador
MV
P/I
TC
12
TT
12
CV
Ejemplo
Reactor
Horno
Ejemplo
Ejemplo
Señal eléctrica
Transmisores
l
l
l
Sensor: Elemento primario sensible a una
propiedad física relacionada con la variable
que se quiere medir.
Transmisor: Sistema unido al sensor que
convierte, acondiciona y normaliza su señal
para transmitirla a distancia.
Indicador: Combina un sensor y un sistema
de medida analógica o digital.
Transmisor de presión
Sensor
Piezoeléctrico
Señal
normalizada
Circuito electrónico
Presión
Amplificación
Filtrado
Calibrado
Potencia
Normalización
Transmisores (Señales)
l
Señal neumática:
l
Señal electrica:
l
Frecuencia:
Otras:
Señal digital:
l
l
0.2 - 1 Kg/cm2
3 - 15 psi
4 - 20 mA
1 - 5 V cc, ....
pulsos/tiempo
RTD, Contactos,...
HART, Fieldbus,
RS-232...
Señales normalizadas
Actuador
w
u
Controlador
4-20 mA
y
Proceso
4-20 mA
4-20 mAdel
transmisor
SP 45
PV 45.5
M
V
38
4-20 mA al
actuador
Transmisor
Sala de Control
Operación
4 – 20 mA
Campo
Control por computador
Potencia, Ethernet AI AO
Controlador DI DO
u(kT)
Microprocesador
y(kT)
T periodo de muestreo
AO
Proceso
AI
T
4-20 mA
mA
Transmisor
FC
•La señal de corriente es la misma en cualquier punto de la linea
•Puede diferenciarse una averia o ruptura de linea del rango
inferior de medida
•Pueden conectarse un número máximo de cargas o instrumentos
Pulsos/Frecuencia
Transmisor
Contador FC
de pulsos
El número de pulsos de tensión recibidos
por unidad de tiempo es proporcional al
valor de la magnitud medida
Consumo
Conectores
Condiciones de trabajo
Protecciones
Montaje
Alimentación
mA
220 V ac
Transmisor
mA
Transmisor
24 V dc
Conexionado
CV
XT
Protección
y aislamiento
MV
XC
SP
Acondicionamiento
Filtrado
Tomas
auxiliares
Apantallamiento
mA
Transmisor
FC
Envoltura
metálica
Acondicionamiento / Protección
mA
Transmitter
Tarjeta AI
Optoacoplador
Diodos Zener
Fusibles
Seguridad
Filtro
I/R
Ruido
Conversión
Cableado,...
Sala de
control
Distancia
TT
FT
DT
Costos de cableado
Ruidos
Fiabilidad de los equipos
Calibrado, mantenimiento,...
Conexión serie
Analizador
11010...
Conversión A/D
Protocolo de comunicación
Punto a punto RS-232, RS-422
Bus RS-485
Buses de Campo
PLC
Ordenador
TT
FT
Bus digital 1101...
Microprocesador
Módulo A/D y
Comunicaciones
DT
Instrumentación Inteligente
l
l
Lleva incorporado un
microprocesador
Esto le dota de
capacidad de cálculo y
almacenamiento de la
información:
– Datos del Instrumento
– Datos dinámicos
l
l
Dispone de un sistema
de comunicaciones
digitales que pueden
ser bidireccionales
Proporcionan nuevas
funcionalidades
Instrumentación Inteligente
l
l
Totalmente digital:
Buses de campo
Comunicaciones entre
todos los elementos
conectados al bus:
instrumentos y
sistemas de control
l
l
Híbrido: Combina
transmisión de señal
analógica y digital:
Protocolo HART
Comunicaciones entre
transmisores y
sistemas de control
Buses de Campo
PLC
Ordenador
Bus digital
1101...
•Ahorro de cableado
•Rechazo de ruidos
•Nuevas funciones: Ajuste remoto de rangos, test, documentación,....
•Información mas elaborada
•Arquitecturas y Protocolos
Buses de campo
l
Fieldbus Foundation (Niveles H1 y H2)
Profibus DP, PA
WorldFIP
CAN
DeviceNet
l
.....
l
l
l
l
Redes- Fieldbus
Process
Control
FIELDBUS
• Foundation Fieldbus
Device Busses • WorldFIP
Tipo de
Control
• CAN
• Profibus PA
• ControlNet
• DeviceNet
Sensor Busses
• Profibus DP
• AS-i
Logic
Control
• LonWorks
• LonWorks
• Interbus
• Seriplex
Simple Devices
Powerful Devices
Funcionalidad / Costo
HART
LT
4-20 mA
1011..
Unidad
HART
RS-232
PT
FT
Comunicación digital superpuesta
a la señal de 4-20mA
Permite realizar test, calibrado,.etc
desde el ordenador o módulo de mano
Arquitecturas
HART I/O
DeviceNet/Profibus
AS-i
H1
Diagnosis, configuración
Configuración ⇒ Descarga
Control en los instrumentos
HART I/O
DeviceNet/Profibus
AS-i
H1
Instrumentación inalámbrica
PLC
Computador
Estación
base
1101...
•Menos cableado
•Busqueda automática de rutas
•Batería
•Madurez
Terminología (SAMA)
l
l
l
l
l
l
l
Rango
Span
Error dinámico
Precisión
Sensibilidad
Repetitividad
Zona muerta e Histéresis
Transmisores
Calibrado:
20 mA
lectura = f ( valor real )
Ajustes de Cero y Span
4 mA
mA = 0.2667 ºC - 1.3333
20 ºC
Rango: [20 , 80] ºC
Span: 80-20 = 60 ºC
80ªC
mA
ºC
(Alcance)
TT
Transmisores
mA
Transmisor
Para la calibración
de un transmisor
se necesita poder
comparar su señal
con la de un
instrumento patrón
bajo condiciones
estables en la
variable a medir
Existen instrumentos (calibradores) que garantizan una
alta precisión en la medida preparados para realizar esta
función
Transmisores
Calibrado:
20 mA
lectura = f ( valor real )
Cero
Ajustes de Cero y Span
4 mA
Span
mA = 0.2667 ºC - 1.3333
20 ºC
80ªC
Fuentes de error
l
Debidas al instrumento
– linealidad, zona muerta, repetitividad,...
l
Debidas al medio ambiente
– ruido electromagnético, temperatura,
vibraciones, ...
l
Debidas a la lectura de la señal
– Paralaje, resolución del convertidor, cables, ....
Transmisores
Error de linealidad
20 mA
Debido a la
no linealidad de la
curva de calibrado real
4 mA
Valor real
% span
20 ºC
Valor indicado
80ªC
Transmisores
Zona muerta:
Zona de cambio en
la variable
medida que no
altera
la lectura.
% del span
20 mA
Zona
muerta
4 mA
20 ºC
80ªC
Transmisores
20 mA
Repetitividad
4 mA
20 ºC
80ªC
Repetitividad:
Capacidad de obtener la misma lectura al leer el mismo valor
de la variable medida en el mismo sentido de cambio.
% del span
Histéresis:
Lo mismo pero en sentidos distintos de cambio.
Transmisores
error dinámico
Precisión:
Limite máximo
de error posible
por linealidad,
histéresis, etc....
80ªC
% del span
% de la lectura
Valor directo,...
20 mA
valor indicado
4 mA
20 ºC
Valor real
(Accuracy)
(Tolerance)
Transmisores
Sensibilidad:
Cambio en la señal
correspondiente
a un cambio unidad
en la variable
20 mA
Sensibilidad
4 mA
% del span
20 ºC
80ªC
1 unidad
Resolución
20 mA
resolución
4 mA
20 ºC
80ªC
Resolución:
Cambio mínimo
en la entrada
necesario para que
se produzca un
cambio observable
en la salida
% del span
Valor directo,...
Ha de tenerse en cuenta toda la cadena de medida
Resolución
A/D
4-20 mA.
Magnitud mas pequeña de la señal que puede ser
observada. Viene determinada por el conversor A/D
Bits
12 bits = 1 parte en 4096
Dígitos
1/2 dígito: dígito más significativo puede tomar valores 0 ó 1
3 1/2 dígitos = 1 parte en 2000 cuentas (0000 a 1999)
rango unipolar, 1 en 2x2000 si es bipolar
Resolución
mA
Transmisor
Lectura
digital
0011
0010
0000 0001
AI
tarjeta
Una tarjeta AI con 12 bits puede
distinguir
4096 = 212 números diferentes
mA
Resolución: 16/4096 mA
Todas las señales en este intervalo
tienen la misma lectura en el DCS
Características dinámicas
l
Respuesta transitoria
– Tipo
– Tiempo de asentamiento, retardo
l
Respuesta en frecuencia
– Ancho de banda
l
Filtrado de ruidos
– Frecuencia de corte del filtro
Incertidumbre de medida
l
l
l
Toda medida dada por un instrumento
calibrado lleva asociada una incertidumbre
La calibración debe indicar un valor
estimado de la magnitud medida y un
intervalo de confianza dentro del cual se
supone que está el verdadero valor con una
alta probabilidad (95%)
y ± ∆y
Fuentes de incertidumbre
l
l
l
l
l
Tipo A: Las que pueden estimarse a partir de
cálculos estadísticos con los valores medidos
Tipo B: Las provenientes de otras fuentes (hojas
de calibrado, .....)
y ± ∆y = y ± k σc
σc desviación típica combinada de los errores
tipo A y B
k factor de cobertura
Cálculo de σc
l
Si la variable de interés y se obtiene mediante una
fórmula en función de otras variables medidas x1 ,
x2 , ... , las cuales son independientes:
y = f ( x 1 , x 2 ,...)
2
 ∂f  2
σ = ∑   σ cx i
i  ∂x i 
2
cy
La varianza combinada de cada medida xi tiene en
cuenta los dos tipos de errores, A y B
Cálculo de σc
l
Varianza combinada de cada medida xi :
2
2
2
σ cx
=
σ
+
σ
Ax i
Bx i
i
σˆ 2x i
σ 2Ax i
n
1
2
=
=
−
(
x
(
j
)
x
)
∑ i
i
n
n (n − 1) j=1
σ 2Bx i
(error máximo) 2
=
3
El error máximo viene dado por la hoja de calibrado
del instrumento
Cálculo de k
y ± ∆y = y ± k σc , σc desviación típica
combinada de los errores tipo A y B
l
lPara
un número de muestras n ≥ 10 k = 2
lPara
un número menor k = tα,ν siendo t la
distribución de Student, α = 5 % y ν = nº de grados
de libertad efectivos
y = f ( x 1 , x 2 ,...)
νi = nº de grados de
libertad de cada variable
ν=
σ c4
4
 ∂f  4
σ cx i

n 
 ∂x i 
∑
νi
i =1
Transmisores de Temperatura
l
l
l
l
l
De bulbo
RTD (Pt100 0ºC 100 Ω)
Termistores (Semiconductores)
Termopares E, J, K, RS, T
Pirómetros (altas temperaturas, radiación)
Pt-100
0ºC
100Ω
La resistencia
eléctrica cambia
con la temperatura
Puente eléctrico
para la conversión
a señal electrica de
tensión
Margen de empleo: -200 500ºC Sensibilidad: 0.4 Ω/ºC
Precisión: 0.2%
Puente
R
R
V
Rt
R
Pt100
Cuando el puente está equilibrado, la
tensión V es nula. Si se modifica Rt la
tensión V cambia.
Conexión a tres hilos
Muchos TT
incorporan una
cabeza con
salida 4-20mA
Pt100
R
R
V
Rt
R
La longitud de los hilos de conexión influye en la medida, el tercer hilo
hace que se añada la misma resistencia a cada rama y se compensa el
desequilibrio producido en el puente por los hilos
Termopares
T2
T1
I
T
M
Termopar
En la unión de ciertos
metales se genera una
f.e.m. si los extremos
están a temperaturas
diferentes. La f.e.m.
depende de la diferencia
de temperatura
Medida: Se opone una
tensión conocida a la del
termopar hasta que la
salida del amp. diferencial
es nula
Termopares
Tipo
Rango
Precisión
T
-200
250ºC
2%
J
0
750ºC
0.5%
K
0
1300ºC
1%
R/S
0
1600ºC
0.5%
W
0
2800ºC
1%
Transmisores de presión
l
l
l
Presión absoluta
Presión manométrica
Presión diferencial
Medidas basadas en:
•Desplazamiento
•Galgas extensiométricas
•Piezoelectricidad
Potenciómetro
Sensor de
desplazamiento
Inducción
Capacidad
Presión
Sensor piezoeléctrico
Fuerza
+
Cristal de cuarzo
Placa metálica
-
Galgas / Efecto Hall
La
deformación
varia R
Galgas
extensiométricas
N
Efecto Hall
Fuerza
S
Corriente
Transmisor de presión
Transmisores de nivel
l
Desplazamiento
– Flotador
– Fuerza: Principio de Arquímedes
l
l
l
l
Presión diferencial
Capacitivos
Ultrasonidos
Radar
Nivel: presión diferencial
Se mide la
diferencia de
presión entre ambas
ramas
Se supone la
densidad constante
LT
Condensación en
los tubos
(p0 + ρgh) - p0
Capacitivos
εS
C=
d
S
ε
d
Entre el electrodo y la
pared del depósito se
forma un condensador
cuya capacidad depende
del nivel de líquido
Nivel: Ultrasonidos, Radar
El tiempo entre la
emisión y la
recepción de las
ondas de alta
frecuencia es
proporcional al nivel
Transmisores de Caudal
l
l
l
l
l
l
Presión diferencial
Electromagnéticos
Turbina
Vortex
Efecto Doppler
Másicos (Coriolis) …..
Placas de orificio
P1
P2
d
β2
πD 2
q=C
1 − β4 4
2g (P1 − P2 )
ρ
Basada en la medida
de presión diferencial
D
β=
d
D
Caudalímetros
electromagnéticos
N
B
S
N
S
+
- V
En el conductor
(líquido) que
circula a una
velocidad en el
seno del campo B
se induce una f.e.m
proporcional a la
velocidad, que se
recoge en los
electrodos
Vortex Flowmeters
Cuando una corriente fluida rodea un obstáculo, se forman
remolinos alternativamente a cada lado del mismo
La frecuencia a la que se forman los remolinos es
directamente proporcional a la velocidad del fluido
v = 4.167 d frequency
d = diameter of the obstacle
Caudalímetros Vortex
Los caudalímetros vortex industriales
tienen un obstaculo que genera
remolinos.
v = 4.167 d frecuencia
Contaje del número de remolinos
generados por unidad de tiempo:
perturbaciones en sensores de presión,
capacidad, ultrasonidos, etc.
Válido para gases y líquidos en un
amplio rango.
No válido para flujos pequeños
Caudalímetros Coriolis
Se fuerzan oscilaciones en la tubería cuyo
diseño en forma de U induce fuerzas (de
Coriolis) opuestas en ambos lados. Hay un
desfase entre el lado de entrada y el de salida
que depende del flujo másico. Se usan
sensores magnéticos para medir el desfase.
Caudalímetros másicos
para gases
TT
T1
V
TT
T2
Para un suministro constante
de calor por energía eléctrica,
la diferencia de temperaturas
depende del flujo másico
pH
El pH de una solución puede
medirse mediante un
peachímetro, o dispositivo
que mide la diferencia de
potencial entre dos
electrodos en una celda
electroquímica, uno de
referencia insensible a la
solución (típicamente
cloruro de plata/plata) y otro
de membrana de vidrio
sensible al ión hidrógeno H+
Sensores
con los dos
electrodos
Electrodo de
membrana
Potencial entre los dos
lados de la membrana con
diferentes concentraciones
[x+], z carga eléctrica, F
constante de Faraday
[X+]1
[X+]2
Membrana
RT [X + ]1
ln +
E=
zF [X ]2
Analizadores
Sistema automatizado de toma
de muestras y analisis químico
para conocer la composición
de un fluido
Diversas técnicas:
cromatógraficas,
electroquímicas, fotométricas,
espectroscópicas,..
Caros y difíciles de mantener
http://www.flowexpertpro.com/
Escogiendo un transmisor…
http://www.emersonprocess.com/rosemount/
http://www.yokogawa.com/fld/fld-top-en.htm
Actuadores
l
Elementos finales de control. Modifican la
variable manipulada del proceso de acuerdo
a la señal del controlador.
–
–
–
–
–
Válvulas
Motores
Bombas de velocidad variable
Amplificadores de potencia
....
Válvulas
l
Dispositivos que permiten variar el caudal
que pasa por una conducción modificando
la pérdida de carga en la misma mediante
una obturación variable.
–
–
–
–
–
Cierre manual
Retención
Seguridad
On/Off
Regulación
Válvulas de regulación
l
l
l
l
l
l
l
Estructura y funcionamiento
Tipos de válvulas
Fórmulas de cálculo
Características estáticas
Cavitación
Características instaladas
Dinámica de una válvula
Válvula neumática de asiento
3 -15 psi
Aire
Membrana
Indicador
Tapa
Bridas
Muelle
Vastago
Obturador
Fluido
Asiento
Servomotor
Neumático
Electrico
Cuerpo
Válvulas de regulación
Aire
Fluido
•Estanqueidad
•Presión máxima
•Capacidad de caudal
•Tipo de fluido
Asiento o globo
Doble asiento
Aguja
Saunders
Compuerta
Bola
Mariposa
Camflex II
2 -3 vias
Butterfly / Ball / Camflex
Butterfly
Camflex II
Aire abre/cierra
Aire
Aire
Aire
cierra
Aire
abre
Aire
abre
Aire
cierra
Convertidor I/P
4 - 20 mA
Alimentación aire y
I P
electrica
Aire 3-15 psi
Poca precisión en
el posicionamiento
del vástago
Posicionador
Aire
Alimentación de aire
Posicionador
Señal de control
4 - 20 mA
Válvulas inteligentes
Aire
Bus de
campo
Posicionador +
Microprocesador
Caracterización
Diagnósticos
Alarmas
Bloques de
control, etc.
Posicionador digital
Sin contacto
Perdida de carga
1
2
∆p v = 2 2 q ρ
a C
a
p1
q
∆p
p2
∆p pérdida de carga
q caudal
a fracción de apertura
C coeficiente
ρ densidad
q = aC v
Fórmulas de cálculo
∆p v
ρ
q gpm
p psi
Líquidos
q m3/h
aC v
q=
p bares
116
.
ρ densidad
relativa
a tanto por uno
q Tm/h
p bares
a tanto por uno
∆p v
ρ
Vapor saturado
a
p1
q
∆p
p2
Cv coeficiente de caudal
aC v
∆p v ( p1 + p 2 )
q=
72.4
Corrección por viscosidad
Características estáticas
% de area del
asiento
100%
Lineales
Isoporcentuales
Apertura rápida
Mariposa
Camflex
% de flujo máximo
en cond. nominales
a ∆p constante
0%
0%
100 %
% de posición del
vastago
Características estáticas
Apertura
rápida
Lineal
Isoporcentual
Mariposa
0%
0%
100 %
Control de flujo
Linear
Isoporcentual
FT
FC
Rangeability
máximo flujo controlable
R = ------------------------------mínimo flujo controlable
R= 100, 50...20
0%
% posición del vastago
0%
Flujo
no controlable
100 %
Ejemplo: Asumiendo que el 2% en ambos extremos
no sigue la curva característica, y ∆pv constante:
0.98C v ∆p v
ρ
1.16
= 49
R=
0.2C v ∆p v
ρ
1.16
Cavitación / Flashing
Presión de vapor:
Presión a la que hierve el líquido
a la temperatura de trabajo
p1
Presión de vapor
p2
Flashing
longitud
presión
p1
presión
p1
p2
presión de vapor
longitud
p2
Cavitación
presión de vapor
longitud
Cavitación
q=
aC v
116
.
∆p v
ρ
Kc Coeficiente de
cavitación incipiente
∆pv ≤ K c ( p1 − pv )
q
Flujo crítico

pv 
∆p M = C f p1 − p v ( 0.96 − 0.28
)
p c 

∆p M Maxima caida de presion admisible
2
∆p v
Cavitación
incipiente
Máxima ∆p
para regular flujo
Cf Factor de flujo
crítico
pc presión del
punto crítico
Fórmulas de cálculo
q=
y=
a C f C v p 1 ρ( y − 0148
. y3 )
54.5
∆p v
163
.
Cf
p1
gas
y ≤ 15
.
a C f C v p 1 ( y − 0148
. y3 )
q=
vapor saturado
83.7
a Cf Cv p1
q=
flujo critico
83.7
q
p
Tm/h
bares
Características Instaladas
q=
aC v
116
.
q=
∆p v
ρ
1
.
116
∆p 0 − ρgh

1 
ρ K L + 2 2 
a Cv 

∆p 0 = ∆p v + K Lρq 2 + ρgh
a
p1
h
q
∆pv
p2
∆p0
Características instaladas
%q
1
q=
.
116
∆p 0 − ρgh

1 
ρ K L + 2 2 
a Cv 

% posición del vastago
Dimensionamiento de válvulas
l
l
l
Crítico en muchos lazos de control
Encontrar el tipo de válvula y Cv adecuados
Software Comercial disponible
Fisher
Masoneilan
http://www.emersonprocess.com/fisher/
http://www.masoneilan.com/
Bombas
l
l
l
l
l
l
Desplazamiento positivo
Centrifugas
Instalación
Potencia y rendimiento
Curvas características
Cavitación
Desplazamiento positivo
Embolo, membrana, ...
Centrífugas
Energía
mecánica
rodete
Energía
eléctrica
Bombas centrífugas
Incremento de energia = energia suministrada - pérdidas
(
∆p b = ρ aw 2 − bq 2
)
P = 36.022 ∆p b q P Potencia suministrada
P = ηW
W Potencia absorvida
P
q
p
kw
m3/h
bares
Curvas características
∆pb
η
ω2
ω2 > ω1
ω1
q
Punto de operación
∆p 0 + ∆p b = ∆p v + K Lρq 2 + ρgh =
1
∆p b = ( 2 2 + K L )ρq 2 + ρgh − ∆p 0
a Cv
∆pb
q
q
a
∆pb
∆pv
h
∆p0
Bombas de velocidad variable
M
Variador
∼
4 - 20 mA
Compresores
∆pb
Línea de bombeo
(surge)
ω2
ω2 > ω1
ω1
q
Motores eléctricos
N
F
B
F
S
Motores eléctricos cc / ca
Motor
CC
Amplificador
CC
M
4 - 20 mA
Alimentación
Motor de
inducción
ca
M
Variador de
velocidad
4 - 20 mA
Variador de frecuencia
∼
Descargar