UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS

REGION POZA RICA-TUXPAM

FACULTAD DE CINCIAS QUIMICAS

“SISTEMAS DE CONTROL PLC

INSTRUMENTOS DE CONTROL

VALVULAS

COMPRESORES

TRANSMISORES”

INTEGRANTES: JOSE SANTIAGO MARTINEZ

ANDRES PANCARDO LAGUNAS

NAYELI JAMILET SUAREZ HERNANDEZ

FRANCISCO SOLIS HERRERA

REYNA TORRES TELLES

JORGE HERNANDEZ HERNANDEZ

CONTENIDO:

*SISTEMAS DE CONTROL

*CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE CONTROL

* CIRCUITO BASICO DE CONTROL AUTOMATICO

* CONTROLADORES

* SISTEMA PLC

* COMPRESORES

* CLASIFICACION DE COMPRESORES

* REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

SISTEMAS DE CONTROL.

Generalidades de sistemas de control

Definición de sistema:

a) Un “sistema” es un ordenamiento, conjunto o colección de cosas conectadas o relacionadas de manera que constituyan un todo.

b) Un “sistema” es un ordenamiento de componentes físicos conectados o relacionados de manera que formen una unidad completa que puedan actuar como tal.

La palabra “control” generalmente se usa para designar “regulación”, dirección o “comando”. Al

combinar las definiciones anteriores se tiene:

Un sistema de control es un ordenamiento de componentes físicos conectados de tal manera que el mismo pueda comandar, dirigir o regularse a sí mismo o a otro sistema. En las definiciones de la Norma de referencia NRF-046-PEMEX-2001 se especifica: Sistema digital de monitoreo y control.- Integración de hardware y software de propósitos específicos para supervisar y controlar las variables de proceso de pozos, instalaciones de producción, refinación, plantas petroquímicas, transportación, distribución y almacenamiento.

En la ingeniería y en la ciencia se restringe el significado de sistemas de control al aplicarlo a los sistemas cuya función principal es comandar, dirigir, regular dinámica o activamente.

Los sistemas de control abundan en el ambiente del hombre. Antes de mostrar esto, se definirán los términos entrada y salida que ayudarán a identificar o definir al sistema de control.

La entrada es el estímulo o la excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energía externa, generalmente con el fin de producir de parte del sistema de control, una respuesta especificada.

La salida es la respuesta obtenida del sistema de control. Puede no ser igual a la respuesta especificada que la entrada implica. El sistema de control generalmente identifica y define la entrada y la salida. Dadas éstas es posible determinar o definir la naturaleza de los componentes del sistema.

Los sistemas de control pueden tener más de una entrada o salida. Existen tres tipos básicos de sistemas de control:

a) Sistemas de control hechos por el hombre, ejemplo; un conmutador eléctrico.

b) Sistemas de control naturales, incluyendo sistemas biológicos, ejemplo; la indicación de un objeto con un dedo.

c) Sistemas de control cuyos componentes se combinan entre están hechos por el hombre y naturales, ejemplo; clima artificial controlado por medio de un termostato.

El control automático de procesos es parte del progreso industrial desarrollado durante lo que ahora se conoce como la segunda revolución industrial.

El objetivo de un sistema de control automático es mantener el valor de una variable específica del proceso en un valor constante, el cual es fijado por el operador a través del punto de ajuste o “set point” del instrumento de control. El sistema de control interrelaciona con el proceso a través de sus elementos, los cuales integran los circuitos de control.

La idea básica de lazo realimentado de control es mas fácilmente entendida imaginando qué es lo que un operador tendría que hacer si el control automático no existiera.

Clasificación de los sistemas de control.

Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y lazo cerrado. La distinción la determina la acción de control, que es la que activa al sistema para producir la salida.

Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la acción de control es independiente de la salida.

Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de control es en cierto modo dependiente de la salida.

Los sistemas de control a lazo abierto tienen dos características sobresalientes:

a) La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción con exactitud está determinada por su calibración. Calibrar significa establecer o restablecer una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.

b) No tienen los problemas de inestabilidad, que presentan los lazos cerrados.

Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comúnmente sistemas de control por retroalimentación (o retroacción).

Circuito básico de control automático.

Independientemente del tipo de control que se utilice en los procesos, para la operación de sus sistemas se requiere integrarles el circuito básico de control automático, a través del cual se tiene la interrelación con los sistemas de control de los procesos. En la Fig. 8-4 se muestran los elementos que integran un circuito básico de control automático.

1. PROCESO: Serie de operaciones que se realizan para obtener un producto con especificaciones requeridas.

2. ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN: Instrumento que detecta el valor de la variable.

3. TRANSMISOR: Es un instrumento que capta la variable del proceso y la transmite a distancia, a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinación de estos. La transmisión puede ser neumática, electrónica, hidráulica o telemétrica (NRF- 046-PEMEX-2001).

4. CONTROLADOR: Controlador(es).- Dispositivo que opera automáticamente para regular una variable controlada (NRF-046-PEMEX-2001).

5. ELEMENTO FINAL DE CONTROL: Son dispositivos que reciben la señal del controlador y modifican el caudal del fluido o agente de control. Estos dispositivos pueden ser válvulas de control (NRF-046-PEMEX-2001).

Retroalimentación.

Es la propiedad de un sistema de lazo cerrado que permite que la salida (o cualquier otra variable controlada del sistema) sea comparada con la entrada al sistema, de manera tal que se pueda establecer una acción de control apropiada como función de la diferencia entre la entrada y la salida.

Más generalmente se dice que existe retroalimentación en un sistema cuando hay una secuencia cerrada de relaciones de causa y efecto entre las variables del sistema.

Características de la retroalimentación.

Las características más importantes que la retroalimentación aporta a un sistema son:

a) Aumento de la exactitud. Por ejemplo, la habilidad para reproducir la entrada fielmente.

b) Aumento de la sensibilidad de la salida, correspondiente a una determinada entrada, ante variaciones en las características del sistema.

c) Efectos reducidos de la no linealidad y de la distorsión.

d) Aumento del intervalo de frecuencias (de la entrada) en el cual el sistema responde satisfactoriamente (aumento del ancho de banda).

e) Tendencia a la oscilación o a la inestabilidad.

DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL CIRCUITO DECONTROL AUTOMÁTICO.

Proceso.

Los tipos de procesos encontrados en la industria son tan variados como los materiales que producen. Estos se extienden desde lo simple y común, tales como almacenar un producto, hasta los grandes y complejos como la elaboración de productos en la industria de refinación del petróleo o petroquímica. Cada planta de una refinería o complejo petroquímico es un proceso al que se debe controlar una gran cantidad de variables para la optimización de su producción.

Elementos primarios de medición.

La medición debe ser hecha para indicar el valor actual de la variable controlada por el lazo. Las mediciones comunes usadas en la industria incluyen flujo, presión, temperatura, nivel, mediciones de pH, conductividad y muchas otras particulares específicas de cada industria.En el tema sobre variables de operación de este manual se ilustran y se describe la operación de los instrumentos de medición para cada variable del proceso, muchos de ellos se utilizan como elementos primarios de medición en los sistemas de control.

Transmisores

En el circuito básico de control automático se describe la función del transmisor que es recibir del elemento primario de medición el valor de la variable y transmitirlo al controlador.Se tienen varios tipos de transmisores para cada variable de de proceso, en las figuras siguientes se ilustran algunos de ellos.

Transmisores de temperatura.

Transmisores de presión.

Transmisores de Nivel.

Controladores

Los controladores están clasificados de acuerdo al tipo de energía que utilizan: electrónicos, neumáticos, mecánicos ó hidráulicos. Actualmente los controladores se encuentran integrados en los sistemas de control distribuido (SCD).

Para que el control retroalimentado automático exista, el lazo debe estar cerrado. Esto significa que la información debe ser continuamente transmitida dentro del lazo. El controlador debe mover a la válvula, la válvula debe afectar a la medición, y la señal de medición debe ser transmitida al controlador. Si la conexión se rompe en cualquier punto, se dice que el lazo está abierto. Tan pronto como el lazo se abre, como cuando el controlador automático es colocado en la posición manual, el controlador queda inhabilitado para mover la válvula. Así, las señales desde el controlador en respuesta a las condiciones cambiantes de la medición no afectan a la válvula y el control automático no existe.

Al llevar a cabo la función de control, el controlador automático usa la diferencia entre el valor de ajuste (set-point) y la señal de medición para obtener la señal de salida hacia la válvula. La precisión y capacidad de respuesta de estas señales es la limitación básica en la habilidad del controlador para controlar correctamente la medición. Si el transmisor no envía una señal precisa, o si existe un retraso en la medición de la señal, la habilidad del controlador para manipular el proceso será degradada. Al mismo tiempo, el controlador debe recibir una señal de valor de ajuste precisa (set-point).

Acción del controlador.

Dependiendo de la acción de la válvula, un incremento en la medición puede requerir incrementos o disminuciones del valor de salida del control. Todos los controladores pueden ser cambiados entre acción directa o inversa.

La acción directa significa que cuando el controlador recibe un incremento de señal desde el transmisor, su salida se incrementa. La acción inversa significa que un incremento en las señales de medición hace que la señal de salida disminuya.

Para determinar cuál de estas salidas es la correcta, debe ser analizado el lazo:

1. Determinar la acción de la válvula. Cuando por razones de seguridad la válvula deba cerrar si existe una falla en el suministro de aire, esta debe ser normalmente abierta con aire, o normalmente cerrada sin aire o del tipo cierra a falla de aire (CFA), la Fig. 8-17 ilustra la acción de las válvulas a falla de aire; la primera actúa cerrando con la presión de aire y por lo tanto abre a falla de aire (AFA) y las dos de la derecha cierran a falla de aire (CFA).

2. Considere el efecto de un cambio en la medición.

Una selección incorrecta de la acción del controlador ocasiona un control inestable tan pronto como el mismo sea puesto en la posición automático.

Modos de control de los controladores.

La primera y más básica característica de la respuesta del controlador ha sido indicada como la acción directa o inversa. Una vez que esta distinción se ha llevado a cabo, existen varios tipos de respuestas que pueden ser usadas para controlar un proceso.

Estas son:

Control de dos posiciones (ON/OFF).

El comportamiento de un control de dos posiciones, ON/OFF (encendido/apagado) es mostrado en la Fig. 8-19.

Para un controlador de acción inversa y una válvula del tipo abre a falla de aire (AFA), el controlador ON/OFF tiene dos salidas o posiciones (abierta o cerrada). Para este sistema se determina que cuando la medición cae debajo del valor de ajuste, la válvula abre, la salida del controlador será del 100%. A medida que la medición este arriba del valor de ajuste la salida del controlador cambia a 0%. Esto hace que la medición disminuya y cambie de posición repitiendo el ciclo. Este ciclo continuará indefinidamente. La continua oscilación puede no ser aceptable, dependiendo de la amplitud y longitud del ciclo. Un ciclo rápido causa frecuentes alteraciones en el sistema de alimentación de la planta y un excesivo desgaste de la válvula. El tiempo de cada ciclo depende del tiempo muerto en el proceso, debido a que determina cuanto tiempo toma a la señal de medición para invertir su dirección una vez

que la misma cruza el valor de ajuste y la salida del controlador cambia. La amplitud de la señal depende de la rapidez con que la señal de medición cambia durante cada ciclo.

Interruptor de Nivel

El interruptor de nivel neumático se caracteriza por su rápido accionamiento y por facilitar una señal de control exacta y repetitiva.

Por su diseño se emplea eficientemente en recipientes de medición de líquidos, en separadores de dos fases (líquido-gas), y como alarmas de alto y/o bajo nivel.

Acción: On-Off.Conexión: Ø 4” Brida RF #150 o #300 (según norma ASME B16.5/96).Material: Acero Fundido ASTM A216-WCB.

Interruptor de Nivel

El interruptor de nivel neumático se caracteriza por su rápido accionamiento y por facilitar una señal de control exacta y repetitiva.

Por su diseño se emplea eficientemente en recipientes de medición de líquidos, en separadores de dos fases (líquido-gas), y como alarmas de alto y/o bajo nivel.

Acción: On-Off.Conexión: Ø 3” Rosca NPT Macho # 3000 (según norma ANSI / ASME B1.20.1).Material: Acero Fundido ASTM A216-WCB.

 

Interruptor Eléctrico de Nivel

El interruptor de nivel eléctrico es un equipo principalmente utilizado en el control de producción de petróleo o aplicaciones industriales de baja temperatura.

Modelo INE2800-252V

Diámetro de Conexión: desde Ø 2” hasta Ø 4”.Tipo de Conexión: Rosca NPT Macho #6000 para Ø 2” y #3000 para Ø 3” (según norma ASME B16.11/96); Brida RF o RTJ #150, 300; 600 para Ø 4” (según norma ASME B16.5/96).Material: Acero Fundido ASTM A216-WCB.Clasificación: A prueba de Explosiones: Clase I, Grupo D, División 1 y 2.Micro-interruptor: SPDT; 5 Amp. 220 VoltsAcción: On-Off.

Controlador de Nivel

El controlador de nivel neumático consta de dos elementos principales: el controlador y el desplazador.

Se han desarrollado equipos para interfase líquido-líquido con densidades de:líquido superior emulsión petróleo-agua. 0.925 g/cm3; líquido inferior agua: 1.02 g/cm3.

Diámetro de Conexión: desde Ø 2” hasta Ø 4”.Tipo de Conexión: Brida RF #150, #300, #600, #900, #1500 (según norma ASME B16.5/96).Tipo de Montaje: Caja de dos conexiones, Montaje al Tope, Montaje Lateral.Material: Acero Fundido ASTM A216-WCB.Acción: Según modelo.

 

Controlador de Nivel

El controlador de nivel neumático es un equipo confiable, económico y de robusta construcción para la detección de nivel de líquidos o interfase de líquidos de distintas densidades.

Modelo CN2900

Diámetro de Conexión: desde Ø 2” hasta Ø 4”.

Tipo de Conexión: Rosca NPT Macho #6000 para Ø 2” y #3000 para Ø 3” (según norma ASME B16.11/96); Brida RF o RTJ #150, 300; 600; 900; 1500 para Ø 4” (según norma ASME B16.5/96).Acción: On-Off o proporcional de banda angosta.

Controlador de Presión

Consiste en un elemento primario (tubo Bourdón o fuelle) que conectado a la presión que se desea controlar, la transforma a través de un mecanismo mecánico-neumático (principio de equilibrio de movimientos por medio de una tobera, una lengüeta y un fuelle de reajuste) en una señal neumática de control.Esta señal es amplificada en caudal y presión por un piloto que produce la señal de salida.

Señal de Salida: 3 a 15 psi(g) ó 6 a 30 psi(g).Acción: Fácilmente reversible entre acción directa e inversa.

El posicionador es un instrumento utilizado en válvulas de control, motopalancas u otros dispositivos que estén accionados por medio de un motor a diafragma neumático. Es empleado como elemento de vinculación entre un controlador y un actuador neumático, para que por su intermedio se asegure una posición exacta del vástago del actuador (o la válvula) proporcional a la señal recibida desde el controlador.

Señal de Entrada: 3 a 15 psi(g); 5 a 25 psi(g); ó 6 a 30 psi(g).Señal de Salida: la presión requerida por el actuador, esta será como máximo el 95% de la señal de alimentación.Tres levas caracterizadas A, B y C.Opcional: Rangos partidos.Acción: Fácilmente reversible entre acción directa e inversa.

Termostato Neumático

El Termostato Neumático es un instrumento utilizado en válvulas de control u otros dispositivos que estén accionados por medio de una señal neumática. Es empleado como elemento de control de temperatura en diversos sistemas de calefacción o calentamiento de gases y líquidos..

Diámetro de Conexión: 1” NPT Macho (según norma ASME B16.11/96).

Señal de Alimentación: 20 psi(g) ó 35 psi(g).

Señal de Salida: 3 a 15 psi(g) ó 6 a 30 psi(g).

Rango de Temperatura de Control: 0 °C a 150 °C.

Acción: Fácilmente reversible entre acción directa e inversa.

Todos los dispositivos anteriores se pueden hacer funcionar mediante un circuito automatizado llamados controladores PLC.

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLEPLC

El PLC es un instrumento electrónico que sirve de herramienta para dar solución a problemas de automatización (es el caso industrial) o de simulación de automatización en el laboratorio (es el caso de este proyecto).

En la Fig.1 se muestra de forma general todos los componentes que Intervienen en éste proyecto. Utilizamos un microcontrolador PIC de 40 pines que en su estructura consta de 4 puertos de los cuales usamos uno (puerto B), que consta de 8 pines distribuidos de la siguiente forma: 4 pines de entrada y 4Pines de salida; para la comunicación serial habilitamos dos pines (18 y 19) para la Tx y la Rx que nos permiten la comunicación con la computadora en la que se encuentra la interfaz del usuario desarrollada en Visual Basic que es la que va a interactuar con el programador.

Fig.1 Diagrama en bloques PLC

Las bases principales del proyecto son dos; en primer lugar la programación y como parte complementaria pero no menos importante la construcción de la tarjeta.

PROGRAMACIÓN: Se utilizan dos tipos de lenguajes; uno para programar al microcontrolador PIC que es la base desde la cual se construye la tarjeta, llamado microcode y otro lenguaje utilizado para construir la interfaz (en la PC), que es la que interactúa por medio de la comunicación serial con la tarjeta.

DIAGRAMA PARA VISUAL BASIC:

DIAGRAMA PARA EL PIC:

PARA EL RESET:

PARA EL SWITCH:

PARA LA COMUNICACIÓN SERIAL:

GRABADO DEL CIRCUITO PCB: a continuación se muestran dos figuras; en la Fig.6 tenemos el PCB de la tarjeta en sí del PLC, que consta de todos los elementos que se muestran en la Fig.2 y en la Fig.7 se muestra el PCB para la tarjeta en la que están los elementos de control del PLC. En la Fig.9 se detalla con más exactitud.

Fig.7 PCB para la tarjeta en la que se ubican todos los controles del PLC.

MONTAJE EN CAJA: Esta caja es de metal dividida en dos tapas como se ve en la Fig.8; en la tapa inferior del gráfico es donde va atornillada la tarjeta de la Fig.2 y Fig.6 y en la superior se atornilla la tarjeta en la que se encuentran todos los controles (Fig. 9) como se ve en la Fig.10

Fig.8 Tapas para la caja del PLC.

Fig.9 Controles del PLC.

Fig.10 Caja final del PLC.

EJEMPLO:Control de nivel de un tanque con dos censores

1. Inicio de llenado del tanque. Para que se inicie esta operación, es decir, para que se encienda la bomba, es necesario que los dos censores se encuentren desactivados (IN1=0, IN2 = 0), lo que quiere decir que el nivel del líquido se encuentra por debajo del censor de bajo nivel, a pesar de que s requisito que los censores estén desactivados para el encendido, una vez que el nivel empiece a subir, el censor inferior se enciende pero la bomba debe continuar encendida.

2. Fin de llenado del tanque. Para que la bomba sea desenergizada, la es la activación de dos censores, es decir, que el nivel del líquido esté por encima del censor de alto nivel. Si se evacua líquido del tanque, el nivel empezará bajar por lo cual el censor de alto nivel inmediatamente se desactivará, pero a pesar de la nueva condición, la bomba debe seguir apagada hasta que se cumplan las condiciones del encendido en el primer numeral.

Solución:

1.- Desarrollar en papel la posible solución gráfica al problema.

2.- Abrir el programa desde la computadora (consolador lógico programable).Se despliega en la pantalla una interfaz como la que se muestra en la Fig.11.

3.- Para mayor facilidad de programación se tiene en la barra de menú la opción Ver y dentro de ella otra llamada diseño gráfico. Con ésta ventana que se abre en la parte derecha de la ventana principal tenemos la posibilidad de ir observando de forma gráfica lo que estamos escribiendo en los cuadros de texto y así comprobar el perfecto desarrollo de nuestro programa, todo esto en tiempo real de diseño.

4.- Empezamos a programar como se ve en la Fig.13. SALIDA = ENTRADA (i) OPERACIÓN LÓGICA - ENTRADA (i).

5.- Presionamos el botón “añadir a tabla”; observamos que lo escrito en los cuadros de texto de la parte Izquierda en la pantalla se ubican en la “tabla de operaciones”, después de hacer clic. También se dibuja la operación que se programa como se puede observar en la Fig.14.

6.- Finalmente, una vez concluido el programa y después de verificar gráficamente el resultado procedemos a enviarlo a la tarjeta del PLC con el botón “TRANSFERENCIA”.

Otros tipos de controladores

Son los elementos Electrónicos de Vacio

Los transductores electrónicos de vacio se emplean para la medida de alto vacío, son muy sensibles y se clasifican en los siguientes tipos:

Mecánicos Fuelle y lonización Filamento caliente

Difragma Cátodo frío

Radiacion

Medidor McLeod -

Térmicos Termopar

Pirani

Bimetal

Transductores mecánicos de fuelle y de diafragma

Trabajan en forma diferencial entre la presión atmosférica y la del proceso. Pueden estar compensados con relación a la presión atmosférica y calibrados en unidades absolutas. Al ser dispositivos mecánicos, las fuerzas disponibles a presiones del gas muy bajas son tan pequeñas que estos instrumentos no son

adecuados para la medida de alto vacío estando limitados a valores de 1 mm Hg abs. Pueden llevar acoplados transductores e1éctricos del tipo de galga extensométrica o capacitivos.

Medidor McLeod

Se utiliza como aparato de precisión en la calibración de los restantes instrumentos. Se basa en comprimir una muestra del gas de gran volumen conocido a un volumen más pequeño y a mayor presión mediante una columna de mercurio en un tubo capilar.

La presión del gas se deduce aplicando la Iey de Boyle-Mariotte. Su intervalo de medida es de 5-10 ^ -5 mm Hg.

Transductores térmicos

Se basan en el principio de la proporcionalidad entre la energía disipada desde la superficie caliente de un filamento calentado por una corriente constante y la presión del gas ambiente cuando el gas está a bajas presiones absolutas.

El transductor térmico de termopar contiene un filamento en V que lleva incorporado un pequeño termopar figura 3.9. AI pasar una corriente constante a través del filamento, su temperatura es inversamente proporcional a la presión absoluta del gas. La f.e.m. generada por el termopar indica la temperatura del filamento y por lo tanto señala el vacío del ambiente. Para compensar la temperatura ambiente se emplea una segunda unidad contenida dentro de un tubo sellado al vacío. La señal de salida diferencial de los dos termopares es proporcional a la presión.

Las ventajas principales de este tipo de transductor residen en su bajo costo, larga duración y confiabilidad. Tiene el inconveniente de ser sensible a la composición del gas, poseer caracteristicas no lineales y presentar cl riesgo de combustión si se expone a presión atmosférica cuando cl filamento está caliente. Su intervalo de medida es de 0,5-1 0-3 mm Hg.

Figura 3.9 transductor termico de termopar

El transductor Pirani Figura 3.10 utiliza un circuito de puente de Wheatstone

Figura 3.10 Transdutor Pirami

  que compara las resistencias de dos filamento de tungsteno, uno sellado en alto vacío en un tubo y el otro en contacto con el gas medido y que por lo tanto pierde calor por conducción. En este transductor es la resistencia del filamento la que refleja la presión en lugar de ser su temperatura.

El transductor pirami tiene la ventaja de ser compacto y sencillo de funcionamiento, pudiendo estar a presión atmosférica sin peligro de combustión. Tiene el inconveniente de que su calibración depende de la composición del gas medido. Su intervalo de medida es de 2-10-3 mm Hg.

El transductor bimetálico Figura 3.11 utiliza una espiral bimetálica calentada por una fuente de tensión estabilizada. Cualquier cambio de la presión produce una deflexión de la espiral, que a su vez esta acoplada a un índice que señala en la escala el vacío. Su intervalo de medida es de 1-10-3 mm Hg.

 Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" 

Figura 3.11 Transductor bimetalico

 Transductores de ionización

Se basan en la formación de los iones que se producen en las colisiones que existen entre moléculas y electrones ( o bien partículas alfa en el tipo de radiación ).La velocidad de formación de estos iones, es decir la corriente iónica, varía directamente con la presión.

El transductor de filamento caliente Figura 3.12 consiste en un tubo electrónico con un filamento de tungsteno rodeado por una rejilla en forma de bobina, la cual a su vez está envuelta por una placa colectora. Los electrones emitidos por el filamento caliente se aceleran hacia la rejilla positiva, pasan a su través y, en su camino hacia la placa colectora de carga negativa, algunos colisionan con moléculas del gas. La corriente positiva formada es una función del número de iones y, por lo tanto, constituye una medida de la presión del gas. Estos instrumentos son muy delicados y deben manejarse con cuidado. El filamento puede quemarse si se somete accidentalmente a presiones superiores a 1* 10-³ mm Hg absolutos.

Estos transductores son muy sensibles y capaces de medir vacíos extremadamente altos. Su señal eléctrica de salida es lineal con la presión. Tienen el inconveniente de ser sensibles a la composición del gas, de tal modo que en ocasiones el filamento caliente provoca cambios significativos en su composición entre el volumen medido y el volumen contenido dentro del tubo electrónico. El intervalo de medida de estos transductores es de 10-3 a 10-11 mm Hg.

Figura 3.12 Transductor de filamento caliente

El transductor de cátodo frío Figura 3.13 se basa en el principio de la medida de una corriente iónica producida por una descarga de alta tensión. Los electrones desprendidos del cátodo toman un movimiento en espiral al irse moviendo a través de un campo magnético en su camino hacia el ánodo. El movimiento en espiral da lugar a que el camino libre medio entre electrones sea mayor que la distancia entre electrodos. Por consiguiente, aumenta la posibilidad de colisiones con las moléculas del gas presente lo que da lugar a una mayor corriente iónica y de este modo la descarga catódica se mantiene a una presión más baja, o sea a un vacío más alto. Este instrumento no puede vaciarse de gases tan rápidamente como el de filamento caliente, pero es más robusto y no presenta el problema de la combustión del filamento. Es susceptible de contaminación por el mercurio

Figura 3.14 Transductor de catodo frio

Y puede provocar la descomposición química de vapores orgánicos a altas tensiones. Su campo de aplicación abarca de 10-2 a 10-7 mm Hg con una escala logarítmica.

En el transductor de radiación una fuente de radio sellada produce partículas alfa que ionizan las moléculas de gas en la cámara de vacío. Los iones resultantes se recogen en un electrodo y generan una corriente que varía directamente con el número de moléculas en la cámara de vacío y que por lo tanto, es proporcional a la presión total del sistema. No incorporando ningún filamento caliente el instrumento puede exponerse sin daños a presión atmosférica, tiene una emisión estable y no es frágil. A muy bajas presiones requiere un preamplificador ya que las corrientes producidas son muy pequeñas, del orden de 10-11 a 10-13 A. Su intervalo de medida es de 760-10-4 mm Hg.

Figura 3.15 Transductor de radiación

 En la tabla 4 figuran las características de los transductores electrónicos de vacío descritos.

Compresores

Máquina que eleva la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a través del compresor. Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como maquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión.

Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número de aplicaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción.

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES

Al clasificarse según el indicio constructivo los compresores volumétricos se subdividen en los de émbolo y de rotor y los de paletas en centrífugos y axiales. Es posible la división de los compresores en grupos de acuerdo con el género de gas que se desplaza, del tipo de transmisión y de la destinación del compresor.

Los compresores alternativos funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga.

Estos compresores rara vez se emplean como unidades individuales, salvo que el proceso requiera funcionamiento intermitente. Por ejemplo, si hay que regenerar un catalizador cada dos o tres meses o se tiene un suministro de reserva en otra fuente, esto daría tiempo para reparar o reemplazar las válvulas o anillos de los pistones, si es necesario. Los compresores alternativos tienen piezas en contacto, como los anillos de los pistones con las paredes del cilindro, resortes y placas o discos de válvulas que se acoplan con sus asientos y entre la empaquetadura y la biela. Todas estas partes están sujetas a desgaste por fricción.

Los compresores alternativos pueden ser del tipo lubricado o sin lubricar. Si el proceso lo permite, es preferible tener un compresor lubricado, porque las piezas durarán más. Hay que tener cuidado de no lubricar en exceso, porque la carbonización del aceite en las válvulas puede ocasionar adherencias y sobrecalentamiento.

En los compresores sin lubricación, la mugre suele ser el problema más serío, y hay otros problemas que puede ocasionar el gas en sí. Por ejemplo, un gas absolutamente seco puede ocasionar un severo desgaste de los anillos; en este caso, hay que consultar con el fabricante, pues constantemente se obtienen nuevos datos de pruebas.

En los compresores no lubricados, los anillos del pistón y de desgaste se suelen hacer con materiales rellenos con teflón, bronce, vidrio o carbón, según sea el gas que se comprime. El pulimento del cilindro a 12 pi (rms.) suele prolongar la duración de los anillos. La empaquetadura es susceptible del mismo desgaste que los anillos del pistón.

Los compresores alternativos deben tener, de preferencia motores de baja velocidad, de acoplamiento directo, en especial si son de más de 300 HP; suelen ser de velocidad constante. El control de la velocidad se logra mediante válvulas descargadoras, y estas deben ser del tipo de abatimiento de la placa de válvula o del tipo de descargador con tapón o macho.

Los descargadores que levantan toda la válvula de su asiento pueden crear problemas de sellamiento. La descarga puede ser automática o manual.

Los pasos normales de descarga son 0-100%, 0-50-100%, o- 25-60-75-100% y se pueden obtener pasos intermedios con cajas de espacio muerto o botellas de despejo; pero, no se deben utilizar estas cajas si puede ocurrir polimerización, salvo que se tomen las precauciones adecuadas.

Los compresores alternativos de embolo se clasifican:

* Monofásico o de simple efecto, cuando el pistón realiza una sola fase de compresión (la acción de compresión la ejecuta una sola cara del pistón).

* Bifásico, de doble efecto o reciprocante cuando el pistón realiza doble compresión (la acción de compresión la realizan ambas caras del pistón).

Según las etapas de compresión se clasifican en:

* Compresores de una etapa cuando el compresor realiza el proceso de compresión en una sola etapa.

* Compresores de varias etapas cuando el proceso de compresión se realiza en mas de una etapa por ejemplo una etapa de baja presión y una etapa de alta presión.

Según la disposición de los cilindros se clasifican en:

Verticales –Horizontales

Los compresores alternativos abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3.000 PCMS. Para equipo de procesos, por lo general, no se utilizan mucho los tamaños grandes y se prefieren los centrífugos. Si hay alta presión y un gasto más bien bajo, se necesitan los alternativos. El número de etapas o cilindros se debe seleccionar con relación a las temperaturas de descarga, tamaño disponible para los cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor.

Los tamaños más bien pequeños, hasta de unos 100 HP, pueden tener cilindros de acción sencilla, enfriamiento con aire, y se puede permitir que los vapores del aceite en el depósito (cárter) se mezclen con el aire o gas comprimidos. Estos tipos sólo son deseables en diseños especiales modificados.

Los compresores de émbolo comprimen gases y vapores en un cilindro a través de un émbolo de movimientos rectilíneo y se utilizan para el accionamiento de herramientas neumáticas (6 a 7 kg/cm2), instalaciones frigoríficas de amoníaco (hasta 12 kg/cm2), abastecimiento de gas a distancia (hasta 40 kg/cm2), licuación del aire (hasta 200 kg/cm2), locomotoras de aire comprimido (hasta 225kg/cm2) e hidrogenación y síntesis a presión (hasta más de 1000 kg/cm2).

COMPRESORES ROTATIVOS O CENTRÍFUGOS

Los compresores centrífugos impulsan y comprimen los gases mediante ruedas de paletas.

Los ventiladores son compresores centrífugos de baja presión con una rueda de paletas de poca velocidad periférica (de 10 a 500 mm de columna de agua; tipos especiales hasta 1000 mm). Las máquinas soplantes rotativas son compresores centrífugos de gran velocidad tangencial (120 a 300 m/seg.) y una relación de presiones por escalón p2/p1 = 1,1 a 1,7. Montando en serie hasta 12 ó 13 rotores en una caja puede alcanzarse una presión final de » 12kg/cm2, comprimiendo aire con refrigeración repetida.

Compresores de paletas deslizantes:

Este tipo de compresores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la cual esta ubicado en forma excéntrica un rotor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el rotor la fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al entrar, es atrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilíndrica es comprimidad al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotacion.

Compresores de pistón líquido

El compresor rotatorio de pistón de liquido es una maquina con rotor de aletas múltiple girando en una caja que no es redonda. La caja se llena, en parte de agua y a medida que el rotor da vueltas, lleva el líquido con las paletas formando una serie de bolsas. Como el liquido, alternamente sale y vuelve a las bolsas entre las paletas (dos veces por cada revolución). A medida que el liquido sale de la bolsa la paleta se llena de aire. Cuando el liquido vuelve a la bolsa, el aire se comprime.

Compresores de lóbulos (Roots)

Se conocen como compresores de doble rotor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dos rotores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de compresión. Una máquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliación como sobre alimentador de los motores diese¡ o sopladores de gases a presión moderada. Los rotores, por lo general, de dos o tres lóbulos están conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcaza; con el movimiento de los rotores de la máquina, por donde sale, no pudieron regresarse debido al estrecho juego existente entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno.

Compresores de tornillo

La compresión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos rotores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lóbulos y la carcaza.

Las revoluciones sucesivas de los lobulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su presión, el gas asi comprimido es forzado axialmente por la rotación de los lóbulos helicoidales hasta 1ª descarga.

Compresor de desplazamiento positivo

Son unidades donde el incremento de presión se logra introduciendo un volumen de gas en espacio determinado, que posteriormente es reducido por medios mecánicos.

Compresor centrífugos compresor de lóbulos

Compresor de paletas

Compresor de tornillos compresor de desplazamiento positivo

Compresor rotativo

Compresor de émbolos

BIBLIOGRAFÍA.

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* SAMSON S.A. “Técnica de medición y regulación”, Internet:

* http://www.samson.de/pdf_in/t80260es.pdf

* Fisher Control Internacional, Folleto de “Válvulas de control esféricas”, USA, Octubre de 1998.

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