MEDIDORES DE FLUJO

 GENERALIDADES

Siempre que se trabaja con un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos medidores de flujo.

Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de manera directa, otros miden la velocidad promedio, y aplicando luego la Ecuación de Continuidad y la Ecuación de la Energía de Bernouilli se calculan la velocidad y el caudal.


DEFINICIONES BÁSICAS

Fluido: Sustancia que se deforma continuamente al ser sometida a una fuerza tangencial, de tal manera que adopta espontáneamente la forma del recipiente que lo contiene.

Flujo: Fluido en movimiento, debido a una diferencia de presiones.

Tipos De Flujo
Flujos Abiertos: canales abiertos, ríos

Flujos Cerrados: tuberías

Flujos Laminares
Flujos Turbulentos
Flujos Cavitantes

FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO

Intervalo de medición
Exactitud y precisión requerida
Pérdida de presión
Tipo de fluido
Tipo de medición
Calibración y configuración
Medio ambiente
Lugar de ubicación


VARIABLES FISICAS APLICABLES

En función del fluido y el tipo de caudal (volumétrico o másico) que se desea medir, se pueden agrupar los sensores por la variable física a transformar para la medición:
Mediciones volumétricas:
Presión diferencial
Área Variable (Rotámetro)
Velocidad (Turbinas)
Tensión Inducida (Medidor Magnético)
Ultrasonido
Vórtex
Mediciones másicas:
a) Compensación de presión y temperatura.
b) Fuerza de Coriolis

INSTRUMENTOS PARA MEDICIÓN DE PRESIÓN

TIPOS DE PRESIÓN

• PRESIÓN ABSOLUTA
• PRESIÓN ATMOSFÉRICA
• PRESIÓN MANOMÉTRICA
• PRESIÓN DE VACIO

PRESION ABSOLUTA

Es la presión de un fluido medida con referencia al vacío perfecto o cero absoluto.

Este término se creó debido a que la presión atmosférica varía con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios.

PRESION ATMOSFERICA

Es la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica).
A nivel del mar o en alturas próximas a éste, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (760 mmHg), disminuyendo este valor con la altitud.

SIMBOLOGIA Y DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACION

SIMBOLOS Y DIAGRAMAS

La SOCIEDAD DE INSTRUMENTISTAS DE AMERICA (ISA) publica normas para
símbolos, términos y diagramas que son reconocidos en la industria

SIMBOLOS Y DIAGRAMAS

Los símbolos y diagramas son usados en el control de procesos para indicar:

-La aplicación en el proceso
-El tipo de señales empleadas
-La secuencia de componentes interconectadas
-La instrumentación empleada

Identificación del instrumento

IDENTIFICACIÓN FUNCIONAL

• La primera letra: representa a la variable del proceso, por ejemplo:
• Flujo: F
• Nivel: L
• Presión: P
• Temperatura: T
• Peso: W
• Tiempo: K
• Humedad: M
• Concentración: A

IDENTIFICACIÓN FUNCIONAL

Las letras posteriores nos indican el tipo de medición y las funciones del instrumento, por ejemplo, la última letra indica la función principal del instrumento y la penúltima letra indica la función auxiliar. Adicionalmente puede existir una segunda letra que modifica a la variable de proceso principal.


Ejemplo: Para el Ejemplo mostrado:

F R C 102 A

Función Principal C: Controlador
Función Auxiliar R: Registrador
Entonces FRC significa “Controlador Registrador de Flujo”.
Ejercicios:
Especificar el Instrumento:
PDT:
FFRC:
PIC:

IDENTIFICACIÓN DE LAZO

Número de Lazo de Control: Representa el número de lazo de control en el cual se encuentra el instrumento dentro del proceso.
El sufijo se considera cuando se tienen varios instrumentos del mismo tipo, dentro del mismo lazo. Ejemplo: “FRC 102 A”
También se puede usar:
FRC 25-102 ó 25 FRC 102
Esto significa: Controlador Registrador de Flujo número 102, construcción 25

Identificación de lazo

Si el controlador registrador de flujo FRC 102 recibe señales de dos transmisores de flujo separados, las etiquetas de cada transmisor se pueden escribir así: FT 102 A y FT 102 B









Símbolos de instrumentos en un proceso simple

-El transmisor de flujo FT 100 envía una señal eléctrica al registrador de flujo FR 100 ubicado en el panel. El dispositivo primario es un tubo de Venturi
-En el lazo de temperatura TRC 101, el elemento final de control es una válvula TV 101. Las letras FO debajo del símbolo de la válvula indican que ésta se abre si el diafragma se rompe, o la señal de aire falla o si existe una condición similar. TS 101 es un interruptor para activar un TAL 101 (alarma por baja temperatura)

Símbolos de instrumentos en un proceso simple

El elemento primario para medir el flujo y la presión del vapor es la placa orificio FE 102. Los transmisores de flujo FT 102 y presión PT 103, conectados a la salida de la placa orificio, envían las señales neumáticas a los respectivos registradores FR 102 y PR103. Cuando se trabajan con fluidos compresibles como gas, aire y vapor, el uso de la presión de entrada o de salida afectará significativamente la cantidad final o el volumen que se calcule con los datos registrados en las gráficas



Elementos primarios para control de temperatura

TR 31 es un registrador de temperatura conectado directamente a la tubería del proceso por un sistema de llenado térmico
TW es un termo pozo que trabaja como elemento primario el cual es instalado de 10 a 12 pulgadas dentro del elemento térmico
TG es un termómetro de vidrio bimetálico

















Aplicaciones

Para mostrar un proceso y el control de procesos
particularmente, se utilizan 4 tipos de diagrama

1. Diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID o DTI)
2. Diagramas de lazos
3. Diagrama de instalación
4. Diagramas de alambrado

Diagramas de tuberías e instrumentación

1. Las tuberías son representadas con líneas
2. Las dimensiones de recipientes, bombas y tubos están indicados en el DTI
3. Un DTI bien detallado, simplifica las decisiones sobre cómo controlar e instrumentar un proceso
4. El DTI muestra el proceso entero y proporciona una guía completa para las operaciones del proceso y los instrumentos involucrados.

Diagrama de ubicación

1. Muestran con detalle la posición de la instrumentación y equipo instalado
2. Un diagrama de ubicación es importante tanto para el mecánico o técnico no familiarizado con el área, como para el que instala el equipo
3. Debajo de cada círculo que representa al instrumento, se debe indicar la elevación a la cual el instrumento será instalado

CLASIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS

EN FUNCION AL INSTRUMENTO

• A) Instrumentos Ciegos.
• B) Instrumentos Indicadores.
• C) Instrumentos Registradores.
• D) Elementos Primarios De Medición.
• E) Transmisores.
• F) Transductores.
• G) Convertidores
• H) Controladores.
• I) Elemento Final de Control.

EN FUNCION A LA VARIABLE DEL PROCESO

• A) Instrumento de Caudal.
• B) Instrumento de Nivel.
• C) Instrumento de Presión.
• D) Instrumento de Temperatura.
• E) Instrumento de Densidad y Peso específico.
• F) Instrumento de Humedad.
• G) Instrumento de Viscosidad.
• H) Instrumento de Posición.
• I) Instrumento de Velocidad.
• J) Instrumento de pH.
• K) Instrumento de Frecuencia.
• L) Instrumento de Fuerza.
• M) Instrumento de Turbidez.

Otra clasificación
A) Instrumentos de campo

•       Elemento primario
•       Transmisor
•       Elemento final de control

CARACTERISTICAS DE LOS INSTRUMENTOS

Objetivos:
Al finalizar la sesión, el participante estará en condiciones de conocer y describir correctamente las características generales de los instrumentos industriales.


CAMPO DE MEDIDA (Rango)
Conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento.

Por ejemplo:

El campo de medida del instrumento de la figura anterior es de 0 – 60 mbar.


ALCANCE (Span)

Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.
En el gráfico se observa que el span es 60 mbar.
Error
Es la diferencia algebraica entre el valor real de la variable medida y el valor leído o transmitido por el instrumento.
Ejercicio:
Un instrumento indica el valor de lectura de 38.2 mbar. Determine el error sabiendo que el valor real de la variable es 42.1 mbar.
Rpta.:
Error: 3.9 mbar.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y CONTROL

Los Sistemas de Control y sus componentes


Objetivos:

Al finalizar la sesión el participante estará en condiciones de identificar y describir el funcionamiento de los componentes de un Sistema de Control Industrial


INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

Definición: Es una rama de la ciencia que se encarga de la medición, control, supervisión, de todas las variables físicas y químicas que se presentan en los procesos industriales.

¿Qué son las variables de procesos ?

Son las variables físicas y químicas que se dan en un proceso industrial tales como: temperatura, nivel, presión, viscosidad, velocidad, masa, volumen, pH, etc.
Lazo de control: Conjunto de instrumentos, conectados, configurados, calibrados y sintonizados, con la función de controlar un proceso
Tipos de Lazos de control:

• Lazo de control abierto
• Lazo de control cerrado

SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO


Se llama lazo abierto porque no tiene lazo de realimentación, la entrada no tiene información de la salida.
Características:

• Depende de la experiencia del operador.
• No corrige el efecto de las perturbaciones ni los cambios de carga.
• No tiene precisión ni exactitud.
• Bajo costo.
• Fácil instalación y mantenimiento

LAZO DE CONTROL ABIERTO

SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO


Características:

• Tiene lazo de realimentación, es decir la entrada tiene información de la salida
• Corrige el efecto de las perturbaciones.
• Es más preciso y exacto que el lazo abierto.
• Todo lazo realimentado presenta tiempo muerto
• Es más costoso y su instalación es más compleja que la del sistema de lazo abierto.

LAZO DE CONTROL CERRADO

Montaje de Lazo de Control Realimentado

cklick en la imagen para ver el tamaño real

Verificación del Circuito de entrada

Verificación del Circuito de Salida

Verificación de falla en el Lazo de Realimentación

Montaje correcto de Lazo de Control Realimentado

ACCIONES DE LOS ELEMENTOS

Elemento Final de Control
La válvula NC : Acción directa (+)

La válvula NA : Acción inversa (-)

Proceso: Es el lugar donde ocurren las transformaciones físico-químicas.





Nota: Observe si el control de nivel se realiza con la entrada de caudal al tanque o con la salida del caudal.


EL CONTROLADOR : Dispositivo que emite una señal correctiva, después de comparar la variable controlada con el valor deseado.
Un controlador es de acción directa cuando al aumentar la variable medida, aumenta la señal correctiva y viceversa.
Un controlador es de acción inversa cuando al aumentar la variable medida, disminuye la señal correctiva y viceversa.




El Transmisor: Instrumento que capta la variable de proceso y la transmite en forma de señal neumática (3-15 PSI) o eléctrica (4-20 mA), hacia el bloque de control.
El 99% de los transmisores es de acción directa.





Pasos para implementar un lazo de control


Escoger la acción del EFC teniendo en cuenta las condiciones de seguridad
Determinar las acciones de los elementos del lazo de control con excepción del controlador.
Determinar la acción del controlador, teniendo en cuenta que el signo de éste, se opone al producto de los signos de los demás elementos que conforman el lazo de control.
Implementar un control manual para el caso de mantenimiento y reparación.


Ejemplo 1:
Se quiere controlar la temperatura de una piscina para niños con el siguiente esquema. Se pide determinar:
a)La variable controlada
b)El Agente de control
c)La acción del controlador, asumiendo que el transmisor y el convertidor son de acción directa.













SOLUCION

La Temperatura
El vapor
Inversa

Ejemplo 2:

e quiere controlar la temperatura de una piscina de baños termales con el siguiente esquema. Se pide determinar:
a)La variable controlada
b)El Agente de control
c)La acción del controlador, asumiendo que el transmisor es de acción directa y el convertidor es de acción inversa.

SOLUCIÓN:

La Temperatura

El agua fría

Directa

RECONOCIMIENTO DE UN LAZO DE CONTROL

Ejercicio 3:

Identificar los numerales en el siguiente esquema de control

SEGÚN LA FIGURA ANTERIOR:

1. Elemento final de control (VAC).
2. Variable manipulada o señal actuante.
3. Proceso (Intercambiador de calor).
4. Purga de condensado.
5. Variable controlada.
6. Señal de temperatura (Bulbo y Capilar).
7. Transmisor de temperatura.
8. Variable medida de naturaleza eléctrica.
9. Set Point, punto de referencia.
10. Controlador.
11. Señal correctiva (Eléctrica)
12. Convertidor Corriente/Presión.
13. Señal correctiva (Neumática).
14. Agente de control (Vapor).
15. Producto de entrada al proceso.