REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE MECNICA INSTRUMENTACIN DE PLANTAS PROF. ALEJO GUILLEN

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INDICE Pg. Introduccin. 1-. CLASIFICACION DE LOS INSTRUMENTOS. 1.1-. Segn su Operacin (Principio de Funcionamiento). 1.1.1-. De Equilibrio de Movimiento. 1.1.2-. De Equilibrio de Fuerzas. 1.1.3-. De Equilibrio de Momentos. 1.2-. Segn la Energa que los Activa. 1.2.1-. Neumtico. 1.2.2-. Electrnico. 1.2.3-. Inteligentes. 1.3-. Segn la Variable a Medir. 1.3.1-. De Flujo por Presin Diferencial. 1.3.2-. De Nivel por Presin Diferencial. 1.3.3-. De Temperatura por Presin Diferencial. 1.3.4-. De Presin Diferencial. 2-. CALIBRACION DE LOS TRANSMISORES. 2.1-. Procedimiento para la Calibracin de los Transmisores. 2.1.1-. De un Transmisor Neumtico. 2.1.2-. De un Transmisor Electrnico Digital de Flujo. 2.1.3-. De un Transmisor Electrnico Digital de Presin. 3-. INSTALACION DE LOS TRANSMISORES. 3.1-. Tornillo de Ajuste de la Rotacin. 3.2-. Implementacin Virtual. 4-. Normas de Instalacin. 4.1-. Precauciones en Atmsferas Peligrosas. 4.2-. Sistema SCADA. 4.3-. Componentes Bsicos. 4.4-. Esquema Futuro en Sistema SCADA. 4.5-. Red FIELDPOINT. 4.6-. TELEMEDIA. 4.6.1-. Bucle de Tensin. 4.6.2-. Bucle de Corriente. 4.6.3-. Sistema de Control Digital de Nivel a Distancia. 4.7-. Ejemplo. 4.7.1-. Recomendaciones Operativas. 4.7.2-. Recomendaciones de Seguridad. 4.7.3-. Recomendaciones de Mantenimiento. Conclusiones. 3 4 4 4 4 8 8 8 16 18 23 23 24 27 29 30 31 31 31 31 32 33 36 37 37 37 40 40 41 43 43 44 44 45 45 45 45 46

INTRODUCCIN Los transmisores son instrumentos que detectan la variable del proceso y envan una seal normalizada, directamente proporcional a los cambios de la variable, a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinacin de estos. Existen varios tipos de seales de transmisin: neumticas, electrnicas, digitales, hidrulicas y telemtricas. Las ms empleadas en la industria son las tres primeras; las seales hidrulicas se utilizan ocasionalmente cuando se necesita una gran potencia en la transmisin de seales y las telemtricas se emplean cuando hay una distancia de varios kilmetros entre el transmisor y el receptor. Con la utilizacin de transmisores es posible instalar el sensor de la medicin y el indicador / registrador o controlador en un lugar y luego la seal transmitirla a un receptor que est en una central donde de registra la informacin. Esto evita riesgos y accidentes.

3 CLASIFICACIN DE LOS TRANSMISORES. Segn su Operacin (principio de funcionamiento) De Equilibrio de Movimiento: Este transmisor compara el movimiento del elemento de medicin asociado al obturador con el fuelle de retroalimentacin de la presin posterior de la tobera. El conjunto se estabiliza segn la diferencia de movimientos alcanzando siempre una posicin de equilibrio tal que existe una correspondencia lineal entre la variable y la seal de salida. Es oportuno sealar que en este tipo de transmisores, las palancas deben ser livianas, pero bastante fuertes para que no se doblen.

Ps Alimentacin

P1

P Ps Elemento de Medicin x Alimentacin Vlula piloto o rel amplificador

0

Fuelle Realimentacin

De Equilibrio de Fuerzas: Consiste en su forma ms sencilla en una barra rgida apoyada en un punto sobre la que actan dos fuerzas en equilibrio: la fuerza ejercida por el elemento mecnico de medicin (tubo bourdn, espiral, fuelle), y a fuerza electromagntica de una unidad magntica. El desequilibrio entre estas dos fuerzas da lugar a una variacin de posicin relativa de la barra, excitando un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia o un transformador diferencial. Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores alimenta una unidad magntica y la fuerza generada reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas. Se completa as un circuito de realimentacin variando la corriente de salida en forma proporcional al intervalo de la variable del proceso.

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Detector de posicin de inductancia. Est formado por dos piezas de ferrita, una en la barra y la otra fijada rgidamente en el chasis del transmisor y contiene una bobina conectada a un circuito oscilador. Cuando aumenta o disminuye el entrehierro disminuye o aumenta respectivamente la inductancia de la bobina detectora modulando la seal de salida del oscilador. En la figura puede verse un diagrama de este tipo de instrumento.Tubo Bourdn

Resorte Bobina detectora

Unidad Magntica (Realimentacin) Seal de salida 4-20 mA c.c.

Ajuste Span Presion Muelle de cero

Oscilador

Transformador Diferencial. El transformador diferencial consiste en un ncleo magntico con tres o ms polos bobinados. El bobinado central est conectado a una lnea de alimentacin estabilizada y se denomina arrollamiento primario. Los otros dos estn bobinados idnticamente con el mismo nmero de espiras y en la misma disposicin. El transformador se cierra magnticamente con la barra de equilibrio de fuerzas. Al variar la presin cambia la posicin de la barra induciendo tensiones distintas en las dos bobinas, mayor en la bobina arrollada en el polo con menor entrehierro y menor en la opuesta. Las bobinas estn conectadas en oposicin y la seal de tensin diferencial producida es introducida en un amplificador transistorizado que alimenta la unidad magntica de reposicin de la barra.

5Presion Detector Unidad Magntica (Realimentacin) Alimentacin Resorte de cero

Oscilador

Seal de salida 4-20 mA c.c. TRANSFORMADOR DIFERENCIAL

El transmisor tiene un elemento sensor de capacitancia variable, La celda - CELL. La diferencia de presin entre lo lados del diafragma emite una seal electrnica de capacitancia que se convierte electrnicamente a una seal de 2 alambres (4 - 20) MA de CD Esta teora se basa en los siguientes conceptos: Donde: P: presin del proceso k: constante C1: capacitancia entre el lado de presin alta y el diafragma sensor C2: capacitancia entre el lado de presin baja y el diafragma sensor Donde: Idiff: diferencia entre corriente de C1 y C2 Vpp: voltaje de oscilacin f: frecuencia de oscilacin Donde:fVpp = Iref C1 + C2

P=k

C1 C2 C1 + C2

I diff = fVpp (C1 C2 )

fVpp: fuente de corriente constante Por lo tanto:P = const an te I diff = Iref C1 C2 C1 + C2

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La presin de proceso se transmite a travs del diafragma de aislamiento y la cmara llena de aceite a un diafragma sensor en el centro de la celda . La presin de referencia se transmite de igual manera en el otro lado del diafragma sensor. La posicin del diafragma sensor es detectada por las placas capacitoras en ambos lados del diafragma. La capacitancia entre el diafragma y una placa capacitora es aproximadamente 150 pf. El sensor es conducido por un oscilador, a unos 32 Khz. y 30 Vpp. Luego se rectifica por un demodulador.

En la figura se aprecia que el elemento de medicin ejerce una fuerza del punto A sobre la palanca AC la cual tiene su punto de apoyo en D. Cuando aumenta la fuerza ejercida por el elemento de medicin, la palanca ejerce una fuerza hacia arriba, acercando el obturador a la tobera. La contra presin de tobera es aplicada al diafragma de retroalimentacin establecindose el equilibrio de fuerzas y la salida amplificada a travs del relevador.

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A

D

B

C x

Ps Elemento de Medicin Ps Alimentacin Fuelle Realimentacin Alimentacin

Vlula piloto o rel amplificador

De Equilibrio de Momentos: En el transmisor de equilibrio de momentos, el desequilibrio de fuerzas producido por la seal del proceso (presin) crea un par al que se opone el generado por el fuelle de retroalimentacin a travs de una rueda de apoyo mvil situada en el brazo del obturador.

Ps P

P

0

Segn la Energa que los Activa Neumtico: Es el instrumento encargado de transmitir los cambios de la variable en el proceso, utilizando como medio de comunicacin el aire comprimido. Los transmisores neumticos estn constituidos por los siguientes componentes bsicos: elemento de medicin, sistema tobera-obturado, mecanismo de retroalimentacin y relevador o amplificador. 8

Elemento de Medicin: El elemento de medicin detecta los cambios sufridos en la variable y mediante un acople mecnico transmite un movimiento proporcional al obturador.

Sistema Tobera-Obturador: El mtodo ms sencillo para convenir el movimiento de un elemento de medicin en una seal neumtica, es mediante el uso del sistema tobera-obturador. Este sistema consiste en una tubera con una reduccin a su salida en forma de tobera, la cual puede ser construida por una lmina angosta y delgada llamada obturador. En el tramo de tubera se intercala una restriccin antes de la tobera de tal manera, que el dimetro de la restriccin sea menor que el de la tobera, aproximadamente 0,5 a 0,2 veces su dimetro. A este sistema se aplica una presin de 20 lbs/pulg2, de aire seco y limpio (proveniente del sistema de aire para instrumentos). 9

Medidor

de

caudal

por

Supongamos un sistema tobera-obturador como el representando en la figura y llamemos al dimetro de la tobera d y a la distancia entre la tobera y el obturador L. Se puede observar que el aire comprimido sale de la tobera por que el obturador est despegado de ella. Se puede calcular cul es la distancia del obturador con relacin a la tobera a fin de que el aire salga de la tobera totalmente.Restriccin L 20 psi d Obturador

Tobera

El rea del orificio de la tobera es igual a d2/4 y la distancia mayor entre el obturador y la tobera es 1/4 del dimetro de la tobera. El rea de la boquilla de la tobera A = d2/4 y la circunferencia C = d. Ahora, La salida mxima de aire por la tobera ocurre cuando A = C.L. De donde: d = Dimetro de la tobera L = Distancia entre la tobera y obturador = 3.1416 Tendremos la salida mxima cuando la distancia entre el obturador y la tobera sea un valor igual a 1/4 del dimetro del orificio de la tobera. (L = .d) Cuando la distancia entre la tobera y el obturador es igual o mayor que 1/4 del dimetro de la tobera la salida del aire por la tobera es mxima y el obturador deja de influir sobre la salida. Por ejemplo: Para un dimetro de la tobera de 1mm el recorrido ser 0,25mm. Para medir la relacin que existe entre la contra-presin y este recorrido es necesario instalar un manmetro como el representado en la figura, en donde se observa que esta relacin es no lineal, como lo muestran las curvas representadas en la figura.

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Pc 20 (psi)

Pc 20 (psi)

El obturador nunca tapa la tobera completamente

L 20 psi Pc

Curva Terica

Curva Real

0.1 L (mm)

0.2

0.3

0.1 L (mm)

0.2

0.3

Aun cuando en algunos controladores se emplea un sistema simple de tobera obturador, ste no se puede utilizar en transmisores porque en ellos se necesita una relacin lineal, entre el recorrido del obturador y la contra presin de la tobera. Adems se requiere que el transmisor tenga una gran capacidad de volumen de aire en su seal de salida, por tal motivo, se utiliza un amplificador neumtico acoplado al Sistema Tobera Obturador. La fuerza necesaria para mover el obturador debe ser muy pequea. Ejemplo: Considerando por ejemplo una tobera cuyo dimetro es de 1mm y cuya contrapresin es mxima, es decir, 20 psi, se calcula fcilmente la fuerza necesaria para tapar la misma: Contra presin = 20 psi, de donde: 1psi = 0.0703 Kg./cm220 psi 0.0703 kg / cm 2 =1.406 kg / cm 2 psi

O sea:

Contrapres in =

Dimetro de la tobera = 1 mm = 0.1 cm. Entonces:Fuerza = presin rea = 1.406 g / cm 2

4

(0.1cm ) 2 = 11 .03 g

Se observa que an con 20 psi la fuerza para tapar la tobera es muy pequea. De esta frmula se desprende que cuando se utiliza una tobera con un dimetro menor esta fuerza disminuir; por ejemplo, para el dimetro de 0,5 mm esta tuerza ser:Contrapres in = 1.406 g / cm 2

4

(0.05 cm ) 2 = 2.75 g

Otra ventaja de un dimetro pequeo es un menor consumo de aire. 11

Como el recorrido del obturador es muy pequeo un desgaste en el punto de apoyo o el depsito de partculas salidas sobre el obturador puede causar un cambio significativo en la relacin entre contra-presin y posicin del obturador. El hecho de que esta relacin no es lineal ha llevado al desarrollo de un aditamento llamado elemento de retroalimentacin.Pc

15

3 d

1 4D

Recorrido del Obturador CURVA CARACTERISTICA DE UN SITEMA TOBERA OBTURADOR

Elemento de Retroalimentacin: Se entiende por retroalimentacin a la accin de devolver por medio de un dispositivo parte de la seal de salida a la seal de entrada. En el transmisor neumtico, generalmente, este efecto se logra utilizando un fuelle u otro elemento elstico acoplado al sistema tobera-obturador, logrando mejorar notablemente la estabilidad de ste. Al efectuarse esta accin aumenta la seal de entrada (por ejemplo aumenta la presin de aire) y la retroalimentacin se establece. La retroalimentacin de los transmisores es siempre negativa. Revelador o Amplificador: El relevador o amplificador neumtico es el dispositivo que recibe la contra-presin originada en el sistema tobera-obturador y la amplifica en forma proporcional. Amplificador de una sola etapa: En el caso de distancias cortas entre el transmisor y el receptor puede emplearse el amplificador de una sola etapa en el cual, el conjunto tobera-obturador tiene las funciones de conversin y de alimentacin de aire. 12

Amplificador de dos etapas: El relevador empleado en el amplificador de dos etapas, cumple las siguientes funciones: a) Aumento del caudal de aire suministrado, o del caudal de escape para obtener tiempos de respuesta de presin inferiores al segundo. b) Amplificacin de presin (ganancia) que suele ser de 4 a 5, en general, para obtener as la seal neumtica estndar 3-15 psi.

El amplificador de una etapa se diferencia del de dos etapas por las siguientes caractersticas: Tobera y restriccin de mayor dimetro. Mayor fuerza en el obturador. Mayor influencia del elemento de medida. Obturador ms pesado. Mayor consumo de aire. 13

-

Menor peligro de obturacin de la tobera.

Los relevadores se clasifican en: Relevador sin realimentacin (de escap continuo): las caractersticas principales son: a) Consumo de aire para caudal nulo en la salida. b) En las posiciones extremas de la vlvula el consumo de aire es despreciable. c) El mximo valor corresponde aproximadamente a 20 litros por minuto. La figura muestra un transmisor con amplificador de una etapa sin retroalimentacin.

Aire de suministro 20 psi

Elemento de medicin

Salida 3-15 psi

Relevador con realimentacin (sin escape continuo): en este tipo de relevador, la presin de entrada P1 proveniente de la contrapresin (tobera-obturador) acta sobre el rea del diafragma S 1 y genera una fuerza que empuja y posiciona el conjunto (asiento-tapn) de las vlvulas de escape y amplificacin. En la direccin que hace que la vlvula de escape se cierre y la vlvula de amplificacin se abra, esto trae como resultado que la salida del relevador P 0 aumente producto de la amplificacin de la contra presin (tobera-obturador).P1 Contrapresin de la tobera Diafragma Superficie S1

Fe caudal escapa

Ps alimentacin caudal Fs

P0 3-15 psi (0.2-1 bar)

Diafragma Superficie S2 CARACTERISTICAS DE LA VALVULA PILOTO CON REALIMENTACION (sin escape continuo)

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En la posicin de equilibrio y ante un aumento de la presin de entrada P1 de la tobera, el aire de alimentacin entra al relevador aumentando el valor de la presin de salida PO. Por el contrario, si P1 disminuye, el aire contenido en el receptor sale a travs del orificio de escape (Fe), con lo cual PO baja. Entre estas das reacciones del sistema existe una zona muerta, debido a la histresis mecnica de las partes mviles, que se representa en las curvas caractersticas de presin y de caudal del relevador.P0 - Presin de Salida

Zona muerta P0 - Presin de Salida P1 Equilibrio Contrapresin de la tobera Zona muerta

Ps

P1 CARACTERISTICA DE PRESION Contrapresin de la tobera Equilibrio P0 Presin Presin de Salida CARACTERISTICA DE PRESION Alimentacin1

Ps

Presin2 Alimentacin 3 1

P0

Presin de Salida Zona muerta

2 Fe- caudal de escape 3

Fs-caudal de alimentacin Zona muerta

CARACTERISTICA DE CAUDAL Fe- caudal de escape Fs-caudal de alimentacin

CARACTERISTICA DE CAUDAL

Las caractersticas resumidas del relevador con retroalimentacin y escape discontinuo comparadas con la de escape continuo son las siguientes: El consumo de aire es ms bajo por su condicin de ser discontinuo (2 a 3 lts/min) Presentan un caudal mayor de salida hacia el receptor (40 lts/min) Poseen una zona muerta de presiones de salida que puede ser desplazada con agujeros X, Y Presentan equilibrio de tuerzas minimizando la histresis Poseen un sistema de retroalimentacin y por o tanto una mejor proporcionalidad.

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El Sistema compuesto por el conjunto tobera-obturador sin el relevador presenta las siguientes desventajas: La salida no es proporcional en un 100%. Las vibraciones que pueden existir en el proceso influyen en el juego mecnico entre el obturador y tobera y dan lugar a pulsaciones en la seal de salida, ya que no tiene retroalimentacin que reposicione la distancia tobera-obturador. Electrnicos: Partes y componentes:Prueba Demodulador Detector de Corriente Limitador de corriente

Oscilador Regulador de voltaje Amp. oscilador de control

Amp. corriente de control

Seal

corriente de control

COMPONENTES DEL TRANSMISOR ELECTRNICO

Demodulador: Consiste de un puente diodo D1-DB que rectifica la seal de CA. Las corrientes CD a travs de las armaduras del transformador 1-12 y 3-10 estn sumadas y controladas para ser una constante al conducir el oscilador IC1. La red de corriente DC a travs del transformador 2.11 es una corriente directamente proporcional a la presin. El puente de diodo y el termistor de compensacin de su gama de temperatura estn colocados dentro del mdulo sensor. El efecto del termistor est controlado por resistores R4 y R5 colocados en la caja electrnica. Lmite de Corriente: El limitador de corriente que consiste de R18 y Q2 evita que la corriente de salida se exceda do 30mA en una condicin de exceso de presin. Ajuste de Linealidad: La linealidad se ajusta por un sistema de resistencia variable (R20, R22 y R23) capacitor 03 y diodos D9 y D10. Las corrientes generadas a travs de esta parte del circuito estn sumadas en las entradas del circuito oscilador de control. Esto provee una correccin programada que levanta el voltaje oscilador para compensar por falta de linealidad de capacitancia de primer orden como una funcin de presin. 16

El Oscilador: Consiste de los componentes 01, 11, 019, 020, R29 y R30, tiene una frecuencia determinada por la capacitancia del elemento sensor y la inductancia de la armadura del transformador. El elemento sensor de capacitancia es variable por lo tanto, la frecuencia es variable por un valor nominal de 32 KHz. Regulador de voltaje: El regulador de voltaje utiliza un diodo zener D11, un transistor Q2 y resistores R15 y R16 para proveer un voltaje constante de 6.4 VOD para la referencia y 7-V CD para suplir el oscilador, IC1, IC2 e IC3. Ajuste de cero y alcance: Los componentes de ajuste de cero consisten en un potencimetro R35 y un resistor R36 que desarrollan una corriente ajustable aparte que se une a la corriente del sensor. Los resistores R20 o R21 pueden cambiarse por SW1 para aadir otra corriente fija cero que cambia el alcance de ajuste cero para permitir ms supresin o elevacin. El ajuste de alcance se efecta con R32 el cual determina la cantidad de corriente del lazo que se mide y suple al amplificador de control de corriente IC3 Control de corriente: El amplificador de control de corriente consiste de IC3, Q3, Q4 y componentes asociados. El voltaje de referencia IC se establece donde se unen los resistores R10 y R13. El amplificador de control de corriente lleva el control de la corriente a un nivel que el detector de la corriente le manda una seal a travs de R34 igual a la suma de la corriente cero y la corriente variable del sensor. Proteccin de Polaridad inversa: Le proteccin de polaridad inversa est provista por el diodo D14 excepto cuando un medidor integral es conectado a travs de las conexiones de prueba, cuyo caso diodo D13 provee proteccin limitada.

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Inteligentes: Disponen de un microprocesador para acondicionar la seal recibida del sensor y transmitir en forma digital. Son uno de los ms verstiles y precisos que existen en el mercado. Se conectan directamente a los controladores de sistemas distribuidos. Sus diagnsticos pueden verse en la estacin de consola y se le puede cambiar el rango desde la misma sin necesidad de ir al sitio donde est instalado. En el caso del transmisor inteligente de presin diferencial permite sacar la raz cuadrada en el mismo.

El trmino inteligente indica que el instrumento es capaz de realizar funciones adicionales a la de la transmisin de la seal del proceso, gracias a un microprocesador incorporado que 18

contiene en la pastilla de silicio dos puentes Whetastone, uno de presin y el otro de presin diferencial y una termoresistencia.

RF A juste de sapan RA Ajuste de cero RB E0 Regulador de corriente variable Seal de salida 4 - 20 m A I1

RC

RD C ircuito de corriente constante IB I0

Transm isor electronico de puente de W heatstone en silicio fundido

El microprocesador compensa las no linealidades de los elementos o sensores individuales, convierte las tres seales analgicas a impulsos y calcula, mediante datos prefijados en fbrica y almacenados en su memoria, un valor digital de salida que es transformado a la seal de salida analgica de 4-20 mA. Un terminal porttil de teclado que puede conectarse en cualquier punto del cable de dos hilos entre el transmisor y el receptor, permite leer los valores del proceso, configurar el transmisor, cambiar su campo de medida y diagnosticar averas.

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4 - 20 mA Adaptador Comunicaciones Transmisor

A control de procesos

Ordenador personal

RS-323-C Adaptador

Transmisor con microprocesador y comunicador

Los transmisores inteligentes disponen tambin de autocalibracin, es decir, suplen las operaciones del ajuste del cero y del 100% de los instrumentos, trabajo desarrollado clsicamente por los instrumentistas. Los transmisores inteligentes se prestan tambin al autodiagnstico de sus partes electrnicas internas, funcin que proporciona al Departamento de Mantenimiento: primero el conocimiento de la existencia de un problema en el circuito, segundo el diagnstico y la naturaleza del problema, sealando que instrumento ha fallado y tercero, las lneas a seguir para la reparacin o sustitucin del instrumento averiado. La inteligencia se aplica tambin a otras variables, tal como la temperatura, donde el transmisor puede trabajar con distintas sondas de resistencia y termopares y diversos campos de medida, gracias a la linealizacin de las escalas y la compensacin de la unin fra que aporta el microprocesador. Precauciones de montaje:

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Inteligentes de Temperatura:

3 2 sonda 1 resistencia o galga extensiomtrica 4 + 3

+V 0V -V +V 0V 8 7 4-20 mA0V PSU PSU

Amplificador entrada

Convertidor A/D

2 Termopar o entrada 1 mV CJC Microprocesador entrada

D/A & Amplificador salida

Aislador

Microprocesador salida

6 H1 5 H2

TRANSMISOR INTELIGENTE DE TEMPERATURA

Conexiones tpicas:

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Segn la Variable a Medir. De Flujo por Presin Diferencial: El transmisor de presin diferencial es un dispositivo de balance de fuerzas que detecta presiones diferenciales y transmite esta informacin neumticamente a un receptor calibrado en trminos de la medicin de 3-15 psi. La salida del transmisor es una seal neumtica. La figura muestra detalles de construccin de la cpsula de diafragma gemelos y otros componentes bsicos de transmisor.Restriccin Revelador Tobera Tiro de flexin Abastecimiento Salida de 3-15 psi al receptor Obturador Tuera ajustable Barra de extensin Fuelle de retroalimentacion Sello Ajuste de Cero

Alta presin Barra de fuerza

Baja presin

Oreja metlica

Diafragma doble

En la figura la fuerza F1 producida por el diferencial de presin aplicado en ambas caras de la cpsula produce una resultante F1 x d1 / D1 que debe ser balanceada por la resultante F2 (fuelle de retroalimentacin) F2 x d2 / D2 como ambas fuerzas son opuestas la diferencia se trasmite al sistema tobera obturador, logrando una nueva posicin de ambos y un cambio en la seal de salida del transmisor.Tobera Obturador

D2 D1

d2 d1 F1 F1 d 1 D1 = F2 d2 D2 =Balance F2

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De Nivel por Presin Diferencial: Los transmisores de presin diferencial pueden emplearse para la transmisin de nivel de lquidos. En los transmisores de nivel, por presin diferencial, la parte medidora es un fuelle o diafragma que est montado en la parte posterior de la caja del transmisor, tal como se describi anteriormente.El modelo 562 es un transmisor de presin de dos hilos diseado para medir el nivel de lquidos en los pozos y fosas insertados desde su parte superior, dentro del lquido y hasta el fondo de los mismos. Miden la presin ejercida por el nivel de columna, por medio de un sensor (con diafragma aislado), lo cual no permite que sea obstruido.

Elementos Sensores: Tipo desalojador o desplazador: Es un instrumento neumtico basado en el equilibrio de fuerzas, que se usa para medir nivel y densidad. Cuando vara el nivel, la presin del cabezal de lquido actuando en el rea de la parte inferior del desplazador P x A = E, produce una fuerza que hace mover al desplazador. La fuerza sobre el extremo del brazo origina un movimiento sobre el pivote flexible, el cual hace las veces de sello evitando la salida del lquido en el recipiente. A travs de la barra de ajuste de rango, el brazo de fuerza mueve el obturador alejndolo o acercndolo a la tobera, provocando un cambio en la presin de salida del relevador, variacin que aplicada al fuelle de retroalimentacin provoca nuevamente el movimiento del obturador, hasta que se alcanza un nuevo equilibrio entre los movimientos ocasionados por el desalojador y la retroalimentacin. La seal neumtica de salida es proporcional al nivel. 24

Fuelle de Retroalimentacin Salida Alimentacin Ajuste de cero Diafragma de sello (fulcro flexible)

Obturador

Reduccin Rel

Tobera

Brazo de fuerza

Barra de rango Desplazador

Resorte de elevacin/supresin: Se instala para llevar la salida a cualquier valor, compensando el efecto de las presiones iniciales, las cuales son a menudo encontradas en aplicaciones de nivel de lquido. En instalaciones de nivel de tanques abiertos donde el nivel mnimo est por encima del punto de conexin de la cmara de alta presin, la salida ser mayor que el valor de cero requerido a nivel mnimo. El resorte elevacin/supresin comprimido por ajuste del tornillo de posicin, proporciona una fuerza al elemento de medicin con la presin inicial del sistema. De este modo el tornillo suprime la salida para el valor de cero requerido. El supresor est montado sobre el sistema neumtico del transmisor y provisto de una escala graduada. Las divisiones representan la altura de la columna de lquido que se tiene que compensar. Si el transmisor requiere elevacin o supresin debe de estar equipado con resorte de elevacin o supresin. El resorte ejerce una fuerza en la cpsula del diafragma a travs de la barra de fuerzas. La tensin de un resorte de elevacin puede ser ajustada para cancelar cualquier fuerza o presin inicial ejercida en el lado de alta presin de la cpsula del diafragma; la tensin de un resorte de supresin puede ser ajustada para cancelar cualquier tuerza inicial en el lado de baja presin de la cpsula. Instalacin con elevacin: Se tiene instalado un transmisor a presin diferencial en un tanque abierto. Como el nivel mnimo est por encima de la conexin de la cmara de alta transmisor, se requiere realizar durante la calibracin el ajuste de elevacin. 25

Nivel mximo DT Nievel minimo h H L atmsfera ELEVACION 4-20 mA

Ejemplo: Clculo de la gama de transmisor con supresin: determinar de acuerdo con los datos siguientes la gama de calibracin. Datos: X=200 H=30 L=300 Dr1=0.7 Dr2=0.9 Dr1: densidad relativa del lquido contenido en el recipiente Dr2: densidad relativa del lquido de sello span = alcance = X.Dr1=200 x 0.7 = 140 H2O

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LevelTRAN: El Sensor

De Temperatura por Presin Diferencial: El transmisor de temperatura es un dispositivo neumtico por balance de fuerzas, el cual transmite una seal neumtica de 3-15 Lb./pulg2, proporcional a la temperatura medida. El rel es un amplificador, esto es, un pequeo cambio en la presin de la tobera (la entrada del rel), produce un gran cambio en la presin de salida (a la vlvula de control), la accin es sencillamente de dos posiciones.Tubo reductor Tobera

Alimentacin de aire

Salida

Lumbrera de purga

RELE DE CONTROL

Transmisor de temperatura

El transmisor neumtico de temperatura es realmente un regulador proporcional, pero se usa para transmitir una seal neumtica (proporcional a la variable) a un regulador de corriente

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Lengueta

Tobera Rel Neumtico Alimentacin 20 psig

La fuerza e realimentacin vara con la distancia entre la lengueta y la tobera Pivote

Salida 3 - 15 psig Fuelles de realimentacin

Varilla de empuje La fuerza vara con la temperatura aplicada al bulbo Fuelles de medicin Bulbo

La unidad derivativa se monta aqu cuando se usa Tobera Resorte de elevacin de escala Rel Varilla de empuje Tubo reductor Fuelle de compensacin Alimentacin Salida Pivote flexible Tubo capilar que sale del bulbo Fuelle de realimentacin

Cpsula del sistema trmico

Transmisor de Temperatura 12 A Aire de alimentacin Fuelle demedicin El resorte ejerce el mismo empuje sobre el disco que unos fuelles a la presin de 9 psig Tobera Rel amplificador neumtico Seal de salida Alimentacion de aire regulada a 20 psig Alimentacion de aire a 20 psig

Pivote

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De Presin Diferencial: La presin medida es aplicada a un fuelle. La fuerza en la cpsula es transmitida a travs de un fleje al extremo inferior de la barra de fuerzas. El sello del diafragma de metal sirve tanto como de fulcro para la barra de fuerza, como de sello para la cmara de presin. La fuerza es transmitida a travs del fleje conector a la barra de gama, la cual hace pivote en la rueda de gama.

Tubo redctor

Suministro de aire Conjunto Tobera-lengueta Fleje conector Relevador Salida

Barra de fuerzas

Rueda gama Barra gama

Sello diaframa

Fuelle de retroalimentacin Ajuste cero

Conexin Presin Capula fleje Fleje

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CALIBRACIN DE LOS TRANSMISORES. La calibracin de los transmisores consiste en ajustarlo para que exista coincidencia en los valores de las variables detectados en la salida proporcional del instrumento con los cambios de la variable en el proceso, los diagramas de calibracin consisten en una representacin grfica del procedimiento a seguir en la instalacin del transmisor para la calibracin.

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Procedimiento para la calibracin de los transmisores: Diagrama de calibracin de un transmisor neumtico de presin:

Diagrama de calibracin del Transmisor electrnico digital de flujo:

Diagrama de calibracin del Transmisor electrnico digital de presin:

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INSTALACIN DE LOS TRANSMISORES.

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Tornillo de Ajuste de la Rotacin. Cableado elctrico: Retire la lapa de la conexin elctrica para acceder al bloque de conexiones. Se puede cerrar y bloquear esta tapa con el tornillo de bloqueo para desbloquearla, haga girar dicho tornillo en el sentido de las agujas del reloj.

Bloque de Conexin: El bloque de conexiones cuenta con tornillos en los que se pueden sujetar los terminales de horquilla o aro. Para ofrecer comodidad, hay tres terminales a tierra: Un dentro de la tapa y dos externos, ubicados cerca de las entradas de los conductos. Se recomienda usar cables de par torcido (22 AWG). Evite instalar los cables de seal cerca de cables de potencia o equipos de conmutacin.

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El LD301 est protegido contra la polaridad invertida. Se debe conectar el LD301 cuando funciona como transmisor, segn se ilustra en la figura.+ 250 Fuente de Poder + I/P + -

La seal puede ser aterrada en cualquier punto o dejada sin tierra

Vlvula de control

Se debe conectar el LD301 cuando funciona como controlador, segn se indica en la Figura.+ 250 Fuente de Poder + -

La seal puede ser aterrada en cualquier punto o dejada sin tierra

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Se debe conectar el LD301 en una configuracin multipunto, segn se ilustra en la Figura, tenga en cuenta que se pueden conectar 15 transmisores, como mximo, en la misma lnea y que se deben conectaren paralelo. Se debe tener cuidado con la fuente de alimentacin cuando hay muchos transmisores conectados en la misma lnea. La corriente que circula por resistor de 250 Ohm ser alta y causar una cada elevada de tensin. Por lo tanto, asegrese de que la fuente de alimentacin sea la suficiente.

Fuente de Poder

+

250

+

1

+

13

+

14

+

15

Area de Operacin 1650 1500

1000 Carga (Ohm)

500 250 0 12 20

4 - 20 mA y comuniccin digital

4 - 20 mA solo 30 Alimnetacin (V) 40 45

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Tambin se r

Implementacin virtual:

4 - 20 mA Adaptador Comunicaciones Transmisor

A control de procesos

SERS-323-C Adaptador

Ordenador personal

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NORMAS DE INSTALACIN DE LOS TRANSMISORES. Las normas de instalacin de transmisores electrnicos son las mismas que las de transmisores neumticos; tomando las precauciones de evitar la induccin en las lneas de transmisin, as como mantener dichos conductores libres de humedad. Precauciones en Atmsferas peligrosas: condiciones: -

Sencillez

Para mantener el transmisor instalado a prueba de explosin deben existir las siguientes

Informaci n

Las tapas de la caja deben estar apretadas a mano y las roscas no deben de estar daadas. El mdulo sensor debe estar atornillado a la caja de conexiones, por lo menos con cinco vueltas de rosca. Las tuberas de las conexiones elctricas deben estar instaladas correctamente con sellos adecuados.

CODIF.

Seal Intermedia

Tipo de medio

Medio de transmisi

Sistema SCADA: SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es decir: adquisicin de datos y control de supervisin. Se trata de una aplicacin software especialmente diseada para funcionar sobre ordenadores en el control de produccin, proporcionando comunicacin con los dispositivos de campo (controladores autnomos, autmatas programables, entre otros.) y controlando el proceso de forma automtica desde la pantalla del ordenador. Adems, provee de toda la informacin que se genera en el proceso productivo dentro de una empresa: control de calidad, supervisin, mantenimiento, entre otros. 37

Guiado

Cable de Co

Fibra pt

Onda de Ra

En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efecta tareas de supervisin y gestin de alarmas, as como tratamiento de datos y control de procesos. La comunicacin se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y estn diseados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos. Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se denomina en general sistema SCADA. Prestaciones. Un paquete SCADA debe estar en disposicin de ofrecer las siguientes prestaciones: Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situacin de alarma, con registro de incidencias. Generacin de histricos de seal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de clculo. Ejecucin de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autmata, bajo ciertas condiciones. Posibilidad de programacin numrica, que permite realizar clculos aritmticos de elevada resolucin sobre la CPU del ordenador. Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones para ordenadores (tipo PC, por ejemplo), con captura de datos, anlisis de seales, presentaciones en pantalla, envo de resultados a disco e impresora, etc. Adems, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de funciones que incluye zonas de programacin en un lenguaje de uso general (como C, Pascal, o Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad. Algunos SCADA ofrecen libreras de funciones para lenguajes de uso general que permiten personalizar de manera muy amplia la aplicacin que desee realizarse con dicho SCADA.

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Requisitos. Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalacin sea perfectamente aprovechada: Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse segn las necesidades cambiantes de la empresa. Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestin). Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario. Mdulos Los mdulos o bloques software que permiten las actividades de adquisicin, supervisin y control son los siguientes: Configuracin: Permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptndolo a la aplicacin particular que se desea desarrollar. Interfaz grfico del operador: Proporciona al operador las funciones de control y supervisin de la planta. El proceso se representa mediante sinpticos grficos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicacin durante la configuracin del paquete. Mdulo de proceso: Ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuales de variables ledas. Gestin y archivo de datos: Se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicacin o dispositivo pueda tener acceso a ellos. Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de informacin entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre sta y el resto de elementos informticos de gestin.

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Componentes bsicos:

Esquema futuro en sistema SCADA:

cable de conexin variable sensor tratamiento v1 equipo

R0

Rc

V1

V2 RM Bloque de tratamiento Cable

V2

Re

Equipo

Z1

Lc/2

R/2

R/2

Lc/2

V1

V2 RM

Cc

Z0

Cable

Sistema de 40 Informaci n de Planta

Red FIELDPOINT: Descripcin General Es un sistema modular de E/S distribuidas con desempeo de grado industrial y con incomparable integracin de software. Con E/S FieldPoint, es fcil construir soluciones confiables de E/S distribuidas que sean fciles de configurar y mantener. El sistema FieIdPoint incluye una variedad de mdulos aislados de E/S analgicas y digitales, bases terminales e interfaces de redes de trabajo para conexiones a tecnologas de redes abiertas o estndares. El sistema FieIdPoint incluye un nmero de opciones de software. Adems para una utilidad de fcil uso y configuracin, el software de FieIdPoint incluye un servidor OPC para conectividad estandarizada a cualquier paquete de software compatible con OPC. Sistema Modular FieldPoint ofrece una arquitectura innovadora que modulariza las comunicaciones, funciones de E/S y terminacin de seales. Por tanto, se puede seleccionar independientemente el estilo de red de trabajo industrial, E/S y terminacin de seal que mejor se ajuste a la aplicacin en particular. FieldPoint incluye tres clases de componentes que hacen posible esta flexibilidad - mdulos de red de trabajo, mdulos de E/S y bases terminales.

Modulo de FIELDPOINT Mdulos de Red de Trabajo: Los mdulos de red de trabajo suministran conectividad para abrir redes industriales. Las opciones corrientes para los mdulos de red de trabajo incluyen Ethernet (10 y 100 Mb/s), serial (RS-232, RS-485), CAN y Foundation Fieldbus. Para control distribuido en tiempo real, los mdulos FP-20xx de NI ejecutan cdigo de LabVIEW Real-Time embebido. Los mdulos de redes de trabajo se comunican con mdulos de E/S locales mediante el bus local de alta velocidad formado por bases terminales enlazadas. Mdulos de E/S: El sistema FieldPoint incluye dos tipos generales de mdulos de E/S mdulos estndares de 8 y 16-canales y mdulos de canal dual. Los mdulos de E/S suministran entradas y salidas aisladas analgicos y digitales para una amplia variedad de seales y tipos de sensores y permiten cambio en vivo y autoconfiguracin para fcil instalacin y mantenimiento. 41

Bases Terminales: Usted instala mdulos de E/S en bases terminales que suministran terminales de E/S para conexiones de cables en campo, as como tambin suministro de poder para el mdulo y comunicaciones. Usted puede conectar y desconectar mdulos de E/S sin desconectar su cableado en campo.

Fcil Instalacin, Mantenimiento y Uso: FieIdPoint incluye varias caractersticas que hacen a la instalacin, mantenimiento y uso tan fcil y libre de problemas como sea posible. Estos rasgos incluyen cambio en vivo de mdulos de E/S identificndolos gracias a la configuracin automtica, encendido y comunicacin de estados de salida en modo de falla programables y diagnstico extensivo que alerta al sistema sobre problemas en la red de trabajo, mdulos FieldPoint o cableado de sensores. Adems, FieldPoint proporciona la robustez requerida por la demanda de aplicaciones industriales, con caractersticas tales como aislamiento para 2300 Vrms, un rango de temperatura de operaciones entre -40 hasta 70 C para la mayora de los componentes y un conveniente montaje en riel DIN. FieIdPoint incluye varias caractersticas que hacen a la instalacin, mantenimiento y uso tan fcil y libre de problemas como sea posible. Estos rasgos incluyen cambio en vivo de mdulos de E/S identificndolos gracias a la configuracin automtica, encendido y comunicacin de estados de salida en modo de falla programables y diagnstico extensivo que alerta al sistema sobre problemas en la red de trabajo, mdulos FieldPoint o cableado de sensores. Adems, FieldPoint proporciona la robustez requerida por la demanda de aplicaciones industriales, con caractersticas tales como aislamiento para 2300 Vrms, un rango de temperatura de operaciones entre -40 hasta 70 C para la mayora de los componentes y un conveniente montaje en riel DIN.

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R0

Rc

Vn

V1

in

V2

Re

S / N = 20 log

V1 Vn + ( R0 + 2 1 / S ) in

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Pantalla

Transmisor 0 - 20 mA

0V Par Trenzado

Receptor 0 - 20 mA

Sistema de Control Digital de Nivel a Distancia.

Bucle d 0

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Ejemplo de una planta recuperadora de azufre. En vista de la complejidad de la Planta Recuperadora de Azufre surge la necesidad de realizar una serie de aplicaciones al momento de poner en prctica el manual de operaciones para el mantenimiento de los instrumentos asociados al Sistema de Parada de Emergencia (ESD), estos se dividirn en recomendaciones operativas, recomendaciones de seguridad y recomendaciones de mantenimiento. Recomendaciones Operativas: Mantener el sistema operativo a una temperatura adecuada para que el azufre no se solidifique y as evitar que el reactor sufra alguna parada no programada. La parada del Incinerador con lleva a la parada de la fosa de desgasificacin de Azufre, si esto ocurre en un lapso de 20min, se recomienda pasar el sistema a manual de ambos trenes de CLAUS para evitar daos a la Planta Recuperadora de Azufre. Recomendaciones de seguridad: Conocer el proceso de la unidad recuperadora de azufre ya que con el conocimiento de operacin de la misma se pude conocer los riesgos inherentes e intervenir en el proceso de manera segura y eficiente. Conocer los riesgos asociados al proceso, como lo son los riegos de exposicin al H2S los cuales no deben de exceder de los 10ppm para una jornada de 8hr segn las normas OSHA y para PDVSA en la jornada de trabajo debe ser 0ppm, riesgo de incendios y explosin. Conocer los planes de contingencia realizado por el personal de seguridad de PDVSA y sus aplicaciones en un momento de emergencia. Divulgar al personal mantenedor de los riegos asociados en la unidad recuperadora de azufre. Recomendaciones de mantenimiento: Mantener en ptimas condiciones los instrumentos asociados al Sistema de Parada de Emergencia (ESD). Tener un control del tiempo y la rutina de mantenimiento aplicados a cada uno de los instrumentos (tener especial cuidado con los transmisores y vlvulas de seguridad.). Verificar las seales de los PLC, BMS y EDS que llegan a la satlite para comprobar que existe una interrelacin con el instrumento en campo y las seales que se encuentran en el satlite.

45 Con la aplicacin de ste manual se lograr solventar una de las problemticas que se presenta durante el mantenimiento de los instrumentos asociados al Sistema de Parada de Emergencia (ESD) de la Planta Recuperadora de Azufre del Proyecto Valcor, por medio de la elaboracin de est manual se tuvo como prioridad el desarrollo y la puesta en practica de una serie de procedimientos asociados a los instrumentos del Sistema de Parada de Emergencia ya que est tipo de sistemas son unos de los ms complejos en la industria petrolera. Este sistema es uno de los que se encarga de realizar las paradas de emergencia en un momento dado y tiene como funciones especficas la de salvaguardar la Planta Recuperadora de Azufre y los instrumentos asociados a la misma, as como la vida de las personas que en ella trabajan y que de alguna u otra forma se ven en contacto con esta refinera. El Sistema de Parada de Emergencia (ESD) tiene una serie de permisivos los cuales se deben respetar al momento de realizar una parada de planta programada y nunca debe ser operado por personas que no estn capacitadas en el manejo de ste tipo de sistemas y a un error ocasionara una falla catastrfica en el Sistema y el riesgo es de predicciones impredecibles.

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