Diseño completo de Placa de Orificio

8/22/2019 Diseo completo de Placa de Orificio

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5. DISEO DE UNIDADES

5.1 FLUJOEl control de flujo es importante desde el punto de vistaindustrial, para mantener en rgimen de operacin diferentes equipos (Sistemas de refrigeracin, operaciones de separacin) y para efectos contables, en los cuales importael suministro de ciertos fluidos (gasoductos).

Dinmicamente es un proceso especial, en que la resjjuestaa cambios en la posicin del elemento final de control(vlvula, bomba), es rpida y prcticamente depende delas demoras en los instrumentos. (1) Otra caratersticala constituyen las oscilaciones permanentes debidas a turbulencia, que genera cambios ciclicos en las tomas de presin con lo cual el sistema est sometido a ruidos de alrededor de 1 cps (1).Esta situacin exige la utilizacin de modos de controlintegral proporcional, ajustados en condiciones desfavorables, para disminuir el valor de la ganancia y minimizarlas oscilaciones del instrumento sensor.

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Un sistema de control de fliij') r ara el laboratorio decontrol debe servir para:

1. Reconocer la caracterstica de operacin Je instrumentos sensores, transmisores, elementos finales y nodo decontrol.

2 . Desarrollar capacidad para ajustar un sistema de control de flujo. Incluye estudiar aspectos como la influencia de la ganancia y el tiempo integral sobre el .sistemade control,

3. Reconocer las caractersticas de instalacin de los sensores y dems instrumentos.

Un ciclo de control de flujo tpico, es el mostrado en laFigura 1.

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t > < I04

PJ^

D I S E O : J , A . Gomaz L.D I B U J O ; 8. M. Hernndaz B.E S C A L A : Sin escalaF E C H A : S e p t i e m b r e L 9 8 2

1. E l e m e n t o S e n s o r2. T r c n s m i a o r3 . C o n t r o l a d o r4 E i e m e n t o P i n o lS i E l e m e n t o s A u x i l i a r e s

. F l u j o

' l . - Y.

FACULTAD NACIONAL DE MINASLABORATORIO DE C O N TR O LA U T O M T I C OE L E M E N T O S EN UN C I C L OD E C O N T R O L

F I G U R A


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v^i. I>

^

Para cumplir con los objetivos antes mencionados nara elsisteraa de control de flujo, este debe incluir facilidades para

- Estudiar la caracterstica de flujo de la vlvula decontrol usada, lo que implica facilidad para determinar flujo a travs de la vlvula vs. posicin del vastago de la misma.

- Simular caunbios de carga, esto es, TX)der introducirperturbaciones al sistema, abriendo o cerrando un canal adicional de flujo.

Calibrar el elemento sensor usado utilizando para el'i efecto un Instrumento indicador de flujo instantneo.

Registrar el flujo para totalizarlo.' - . . ' : . ' ' : .

Controlar mediante modos P *- I(Proporcional - Integral).

Tales condiciones se pueden lograr con un sistema como elmostrado en la Figura 2.

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m3CO

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iIO< S 1

oO l3k .

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" 3O l0c- ouocE


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Para facilitar la instalacin, la medicin y loarar uncircuito cerrado para economizar agua, la cual es elfluido de trabajo seleccionado por su disponi':ilidad,facilidad de manejo y seguridad, se escogi la disposicin mostrada en la Figura 3, la cual tambin involucra economa de espacio.

:>

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DiS Ef io; J . A . Gmez L ,D I B U J O : G . M Hernndez B .ESCALA I : 2 5f'E C H A S e p t i e m b r e 1 . 98 2

F A C U L T A D N A C I O N A L D E M INA SL A B O R A T O R I O D E C O N T R O L

A U T O M T I C OS I S T E M A D E C O N TR O L D E F L U J O

D I S P O S I C I NF I G U R A


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5.1.2 Clculo y Seleccin de instrumentos y equipos.Para realizar estos clculos se busc como punto de partida el clculo del elemento sensor de flujo (primario) ya partir de el y con base a la distribucin mostrada en laFigura 3, se calcularon y seleccionaron los dems componentes.

5.1.2.1 Elemento primario:Entre los elementos primarios usados para control de flujo,se encuentran disponibles en el mercado para lquidos: Ro-tmetros, orificios, venturis, medidores de turbina, medidores magnticos, medidores snicos, medidores tipo vrtice de lquido y medidores de bola oscilante, para bajaspresiones de trabajo.De ellos el ms econmico (por menor costo de inversin) yel ms flexible, es el medidor de orificio, que aunque di-naunicamente presenta comportaraiento no lineal, se ha constituido en el medio ms usado industrialmente para la medicin de flujos. Por tal razn se seleccion como elementoprimario para ser usado en el laboratorio.

Por razones de exactitud, se recomienda su uso para flujoslquidos en tuberas hasta de mnimo 2 pulgadas de dimetronominal.

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Dadas las pequeas dimensiones de la instalacin, es preciso seleccionar un caudal pequeo, con el pronsito dedisminuir los costos de bombeo.

En la literatura (2) se encuentra que la mnima velocidadrazonable para transporte de lquidos no viscosos, en instalaciones industriales es de 3 pies/segundo. Se asumeque es posible usar un fiO% de tal velocidad, con lo cualse disminuyen las prdidas por friccin en el sistema.Lo anterior es posible, dado que la corta logitud de tubera no implica costos muy elevados de inversin, queconlleva el uso de dimetros mayores en la tubera.

El tipo de transmisor usado en este caso, es la llamadacelda de presin diferencial y un rango tpico de lasdisponibles comercialmente, es de 20 a 250 pulgadas deagua de presin diferencial. Por lo tanto, asumiendo unvalor de 100 pulgadas de agua para la presin diferencialen el orificio, con tomas de garganta, se asegura la disponibilidad del transmisor a emplear.

La ecuacin de diseo para un orificio es:o = . ^ . 2 qc (Pa - Pb) ' (2)

\ i l - B ^ y " ^22


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donde:Uo = Velocidad a travs del orificio pies/segds.Co = Coeficiente de descarga del orificio (0,61 para

Nrco > 10000)B = Relacin entre dimetro orificio (Do) a dimetro de

la tubera (DT) = Do/DTPa = Presin aguas arriba del orificio (1 dimetro de tu-

2bera) Ibs/plePb = Presin aguas abajo del orificio (0,4 DT) Ibs

, 2pie

P Densidad del lquido (Ibu/ple^)Para calcular B a partir del flujo msico (Ib/s)

B 2 , ^ " (3)0,61 TT D^ \ 2gc (pa - Pb)j>Vlida para Nre > 10000 y dondem Flujo msico (Ib/s)Nr = Nmero de Reynolds a travs del orificio

Se asumi tubera de 2" Sch 40, cuyo dimetro interno es


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Asumiendo Pa - Pb = 100" H_0 = 520,4 '-- , se calcul B2 pie2

2 ^ 4 X 3,49 Ibm/s0,61 X 3,14 X f 2,067 pulgs \ ^ 2 v 12 - ^^"^-P^g

12 pulgspie

'/ 2

A X 32 - J ^\ Ifef 2- s

520.4 -i^- X 62,4 Ibm/pie^/ = 0,17pie )

B = 0,41Do = DT X 0.41 = 2,067 pulgs x 0.41 = 0.85 pulgs = 2,15 cms =

0,07 piesm 3,49 Ibm/sUo = rea orificio x J) TT x (0,07)^ x 62,4 Ibra

2 ple^Uo = 14,5 pies/s

pies Ibm ,Nreo = 0,07 pies x 14,5 s x 62,4 pie = 100.0006,72 x 10~^ Ibm

pie - sLo cual justifica el uso de 0,61 en la ecuacin para B.

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Las tomas de presin debern estar ubicadas 5,25 cms aguasarriba del orificio y 2,1 cms aguas abajo (5,25 x 0,4)De acuerdo con la literatura las prdidas de presin pue-den estimarse como un 80% de la presin diferencial a travs del orificio =

Prdida en el orificio = 3,63 psi x 0,8 = 2,9 psidonde 3,63 psi son equivalentes a 100" de agua.

En la Pigura 4 se muestra la forma del orificio calculado.

>-

^ , . . -

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I 1/4"

H u e c o p o r o v a n t l l a c l o nd _2."32

D I S E O ; J . A . Go'maz L.D I B U J O : G . M . Hernndez B .E S C A L A : I : 2

F E C H A : Sept iembre 1 .982

FACULTAD NACIONAL DE MINASLABORATORIO DE CONTROLAUTOMTICOO R I F I C I O

F I G U R A 4


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, , K

5.1.2,2 TuberasCon el propsito de mantener bajo los costos de Inversin,se decidi colocar tubera de 2" nicamente en el tramorecto en el que se instalar el orificio, el cual se asegurar por el sistema de flanges. Para el resto del sistema se seleccion un dimetro de tubera capaz de manejar10 pies/segundo/ lmite superior de velocidad, recomendable (1).Con m =3.49 Ibm y asumiendo una tubera de 3/4" Sch

8 240 con rea al flujo 0,00371 pie se obtiene una velocidaden la tubera

^ ' ^ ^ ^ ^ / . 15 ple/80,00371 ple^ X 62.4 Ibm/ple^demasiado alta.

/'Ie asume entonces, una tubera de 1" Sch con rea al flujo20,006 pie , para la cual la velocidad es:

^ - ^'^' ' - "^ ' ' ^ - 9,3 pie/s0,006 ple^ X 62,4 Ibm/ple^

Se toma entonces una tubera de 1" Sch 40 para el sistema.

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I

5.1.2.3 Seleccin de BombaEl fluido de trabajo es agua a 22C.La velocidad msica es 3,5 Ibm/sClculo de prdidas en tuberas y accesorios.

De acuerdo alos consignado en la Figura 3, se puede construir la Tabla 1, en la cual se anotan, las longitudes detubera ylos accesorios necesarios para el montaje, y causantes del gasto de energa en el proceso sin incluir lavlvula de control.

V l %.^ Vs. ^ A % - A o^ < 6 0 % a ^ . V K - t. * ro i i*> t . \juw.T, ~ ^ ,r i mA ^ '

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TABLA 1. Prdidas de energa en el sistema de flujo

Unidadmmuuuuuu

Mu

DescripcinTubera 1" Sch 40Tubera 2" Sch 40Codos 9O'l"Tees 1"Universal 1"Reduccin 2" - 1"Vlvula compuerta 1"Orificio

Tubera 1 1/4" Sch 40Universal 1 1/4"

Cantidad12,21,8

1133251

1,41

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yCabeza de descarga: (Cd)Cabeza esttica: l,9mx9,8 m l o o 2= lo,b2 msCabeza de velocidad: (3,048 m )

s = 4,64 m

Cabeza de presin: Se toma la descarga a la atmsfera yla entrada a la misraa condicin, no es necesario calcularceunbio en la cabeza de presin.Las cabezas esttica y de velocidad en la entrada al sistema pueden ser consideradas nulas.PrdidasEn tuberas de 1" Sch 40 dimetro interno: 1,049"Estimacin del factor de fannlng ( -r )

1,049Nr^ = 12 X 10 X 62,4

6,72 X 10 4pies X Eies ^ ^ ^

pie"Ibm

pie - s= 8117

f = 0,0085 (figura 5 - 1 0 (2) )

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2 f V^ LPrdidas 2 X 0,0085 X (3,05) x 12,21,049 X 0,0254

72,41 m's

En tuberas de 1 1/4" Sch 40 dimetro interno: 1,38"Estimacin del factor de fanning.

Velocidad = 3 , 5 Ibm 10,0104 62,4 Ibm -\ p i e "

" 5,39 pies. .8 1,6 ms

Nr1,3812

X 5,4 X 62,46,72 X 10 4

pies X pies Ibmpie

16 mpie - s

f = 0,0095 (Figura 5 - 1 0 (2) )Prdidas = 2 x 0,0095 x (1,6)^ x 1,4 , .. 2 /= 1,94 ra y

1,38 X 0,0254 2sEn tubera de 2" Sch 40 dimetro interno: 2,067"

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2,067 X 2,4 X 62,4Nr = 126,22 X 10 4

pies X ies ^ _ ^ ^s . ^pie

Ibra= 3838

pie - sf = 0,014 (Figura 5 - 10) (2)Prdidas = 2 x 0,014 x (0,73) x 1,8 _ . 2

2,067 X 0,0254 2s

PrdidasEn accesorios, expansin y contraccinSegn Tabla 1 Cap 13 Peter (tln)(a)Segn Tabla 1 (1)Por expansin de 1 a 2"prdidas (3,04 - 0,73) , ,- 2I . = , b / m2 2Por contraccinPrdidas = 0,05 x (0,73)

2 0,013 ra8

y

Por accesoriosP r d i d a s = 2 x 0 , 0 0 8 5 x ( 3 , 0 4 8 ) ^ T i l x 602

f 3 X 60 -^ 5 X 7'J1 3 8 , 2 0 m S e g n ( 1 )

3 1


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En la Tabla 2, se resumen los resultados, para la energatotal requerida a la bomba por unidad de masa de agua quecruza el sistema.

TABLA 2. Energa requerida por kilogramo

CausaCabeza estticaCabeza velocidadTtiberas

2 2Energa consumida (m /s )18,624,64

74,75

Accesorios 140,88Cambios seccinOrificio 24,9Total 263,78

Cabeza requerida por el slste/na en metros de agua =263,78 _ ,^ p - ^ = 2 6,^ m, /9,8 " ~

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Asumiendo el flujo de diseo, como flujo mximo de operacin del sistema, es prudente escoger un 25% sobre prdidas dinmicas totales en el sistema, (1) como las prdi-das a travs de la vlvula de control.

Prdida de cabeza a travs de la vlvula de control:Prdidas dinmicas = 263,78 - 18,62 = 245,16 m

28Prdida en vlvula = 245,16 -,.c ic oi TO 2245,16 = 81,72 m0,75 ^2Prdida de cabeza = 81,72 i _ o -J-J

9,8Debido a la dificultad para hallar, informacin tcnicasobre bombas en unidades SI, es necesario establecer quese requiere una bomba de 24,9 GPM contra una cabeza totalde 35,23 m de agua (26,9 -f 8,33).

Para la seleccin de la bomba se us el Pump Selector forIndustry de Worthlgton Pump, Inc.Se escogi una bomba centrfuga tipo D8201 1/2 X 1 X 6; 3530 RPM; dimetro Rotor: 5,6"Potencia: 2 HP.Lo anterior Implica el cambio a 1 1/2" Sch 40 de la tubera de succin a la bomba.

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Con tal bomba seleccionada se puede construir la Tabla 3,en la cual se muestran para el flujo normal mximo (25 G PM ),flujo normal (18 GPM) y flujo normal mnimo (15 GP M) , lacabeza sistema, la cabeza do la bomba y la cabeza disponible para la vlvula de control.TARLA 3. Prdidas a travs de la vlvula de control

Flujo Prdidas del Sistema Cabeza Bomba Prd.val. Control(F) (S) (P) ( P - ^ %LLJ.

G P M m m m P-M . ^ ^CA CA CA M

2 5

1 8

1 5

2 7

1 1

8

3 7 , 8

3 9 , 6

4 0 , 2

1 0 , 8

2 8 , 6

3 2 , 2

2 8%

7 2% ,

80%

La Tabla 4 muestra la cada de presin a travs del orificio,para cada uno de los flujos de inters.

J i /^

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TABLA 4. Cada de presin a travs del orificio

Flujo 4*f- Orificio en pulgadas aguaGPM25 10018 4715 37

5.1.2.4 Seleccin de la vlvula de controlFlujo normal mximo (FNM) = 25 GPMCada de presin a FNM = 15,4 psiAdoptando la costumbre de permitir que el FNM, sea el 70% dela capacidad total de la vlvula, (4) se calcula el Cv (coeficiente de descarga), asl

^ - ^ ^ ^ - 35,7 GPM0,7

Cv 35,7 GPM 9.09 GPM\ri5'4 PSl (psi) i/2Con el propsito de compensar la variacin cuadrtica de laseal de flujo y mejorar las condiciones de control y dadaslas condiciones de alta cada de presin a bajos flujos ybaja a altos flujos (ver Tabla 3) (5), resulta conveniente

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seleccionar una vlvula de igual porcentaje.De entre las disponibles en el mercado, se escogi el modelo (V 1400 3/4" de Foxbono).

5.1.2.5 Seleccin del transmisorSe toma un transmisor tipo celda diferencial con rangode 20 a 250" pulgadas de agua de presin diferencial yrango de salida de 20 a 100 Kpa (3 a 15 psi) v suministrode aire a 133 Kpa (20 psi) .Se escogi el Foxboro modelo 13A

5.1.2.6 Seleccin del sensor indicadorSe usar un manmetro de mercurio fabricado en vidrio de1/4" y colocado sobre una lmina de madera como se indicaen la Figura 5.

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y J ^ i i ^ t C i U i i y i i C C i f h u C f t ' U f ' J ^ r ' ^ r ' - / r , > J .

" ^ ^ 8


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Para calibrar el sensor, se utilizar un cronmetro yuna escala graduada, colocada en el recipiente de almacenamiento, el cual se escogi como un tanque asbesto-cemento de 250 litros, de los disponibles en el mercado.

5.1.2.7 Seleccin de controladorEl modo de control ms usado en sistemas de flujo es elPI, por lo tanto se escoger un controlador neumtico,con accin proporcional y de reposicin o integral.

Las condiciones de entrada de seales, asi como las desalida, son estandard, entre 20 y 100 Kpa, y entre losde diferente marca disponibles en el mercado se seleccion por econoraa robustez de construccin un 43A deFoxboro.Para efecto de registro de la seal, se requiere un registrador neuratico de seales, y por economa se puedeseleccionar un aparato de registro mltiple (3 4 plumas) , que preste servicio a toda la planta.Se seleccion el modelo 45 de Fisher & Porter.

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5.2 ''JIVELEl principal objeto en control de procesos, para la utilizacin del control de nivel, es mantener un suministro constante de fluido a los equipos aguas abajo del recipiente.Es importante tambin en reactores aumicos para mantenerconcentraciones y velocidades de reaccin, asi como en torres de destilacin, para mantener el balance de materiales,siendo en tal caso usado en el tambor de reflujo. (1)

Dinmicamente es un proceso lento que puede tener caractersticas no lineales, de integracin pura o como elementode primer orden. (6)Combinaciones de recipientes, facilitan la representacinen laboratorio de, sistemas con o sin interaccin y de sisteraas de segundo orden o an mayor.

Un sistema de control de nivel en el laboratorio debe servir para:

Reconocer las caractersticas de instrumentos sensores,transmisores y modos de control, incluyendo el de dosposiciones (on - off)Desarrollar habilidad para control de sistemas lentos,ensayando para ello el efecto de los diferentes modosde control y la accin inversa en controladores y elementos finales.

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Comprobar el comportamiento de sistemas de primer orden.Comprobar el comportamiento de sistemas interactuantes.Comprobar el comportamiento de sistemas de elementos encascada sin interaccin.Observar las discrepancias entre sisteraas linealizadosy su contraparte real.

Para poder lograr los objetivos de la unidad de nivel, esta debe disponer de facilidades para:

Simular sistema de primer orden, puede ser un tanque condescarga por gravedad.Simular sistemas de orden mayor, lo cual puede obtenerse colocando dos tanques por lo menos en cascada con interaccin,

3. Medir flujos instantneamente, tanto a la salida comoen la descarga.4. Permitir la simulacin de perturbaciones, mediante laapertura o cierre de canales adicionales.5. Registrar las variaciones de nivel.6. Transmitir y controlar mediante accin directa e inversa y con modos PID.7. Controlar mediante modo dos posiciones (on - off) elnivel.

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L a s f a c i l i d a d e s a n o t a d a s s o p u e d o n o l ^ t e r o r m e d i a r t o u ns i s tena cono e l mc ; . s t rad i r . I . i r jq ' i i r a ' ' .Con e l ' > rn p s i t o d e l(jig r ir i c o n o m a d e e s p a c io ( ' a c u id a dde o p e ra c i n " ( jconoml i


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" ^ ^LU ZO O. O OU< LU2 O -^ O g< flc o2 P I-' < 3^ SB SIf -

U Jo- Ioo:

U J

koFooaot zwco

l" o>

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.oo .3k .w-co


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D I S E O : J . A . Gmez L .o i b u j o : 6 . M . H e r n o n d e z B .E S C A L A : I : 2 5F E C H A S e p t i e m b r e 1 9 8 2

F A C U L T A D N A C I O N A L D E M I N A SL A B O R A T O R I O D E C O N T R O L

A U T O M T I C OS I S T E M A D E C O N T RO L D E N IV E L

D I S P O S I C I NF I G U R A


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TABLA 5. Cada de presin en sistema de niveltem Descripcin Car1 Tubera 1 1/4 Sch 40 12 Rotmetro entrada3 Tubera 1" Sch 404 Vlvula de globo5 Vlvula compuerta6 Codos 907 Te

Total cabeza dinmicaCabeza esttica = 2,6 m H OTotal cabeza dinmica + esttica = 4,5 m H_0

d a d5 m16 m1473

AP (p0 , 0 70 , 50 , 3 60 , 6 30 , 0 5 80 , 8 80 , 3 92 , 8 7 ]

s i )

p s i

i

.

( 1 , 9 5 H 2 O

50% para la vlvula de control = 4,5 H0 Cabeza total = 9 m H0Flujo equivalente : 8 GPM

De entre las bombas disponibles en el mercado se selecciona una IHM de 1/2 HP. Succin: 1 1/4"

1Descarga: 1" 0 rotor = 4 "

5.2.1.3 Seleccin de la vlvula de controlEl coeficiente de descarga requerido es:Cv = 8 G PM - - _ j - , < T T - i - T= 6,33, asumiendo la vlvula lineal0.5 \ 6,38'y trabajando al 50% de su capacidad al flujo normal (8 GPM).

41


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Se selecciona una vlvula Kieloy & Miller lineal serie1400 de 3/4"

Asumiendo un factor de recuperacin de presin de 0,8 generalmente bueno para el tipo de vlvula seleccionada, se usala siguiente ecuacin, para ol clculo de ^ P disponible:AP disponible = F" (pa - Pv) (7) F = Factor de recuperacinPa = Presin de vapor del agua a temperatura ambiente.

APd = (0,8)^ (24 psi - 0,5 psi) = 15,0^ TJ.SDado C7ue el AP en el sistema para la vlvula es de 6,4 psi,esta no presentar cavitacin ni flasheo.

5.2.1.4 Determinacin de elevacin y capacidad de los tanquesEn condiciones de equilibrio (flujo estacionario), el flujopor gravedad desde los tanques, debe igualar al flujo desdela bomba hacia los tanques, esto debe ser de 8 GPM.

Asumiendo una tubera de 1 1/4" Sch 4 0Ti = 1,38"

2rea al flujo = 0,0104 pies (3)Flujo: 8*GPM = 0,017 pie

8

42


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E L E V A C I N

B . C o n e x i n p o r o t u b e r i'a 0 = 1 lA "C . C o n o x i o ' n p a r a t u b e r a 0 = 3/4"D . C o n K i < n p o r a t u b e n ' o 0 = l "E . F o n d o del t a n q u eN O T A S :

1. T o d o e lae u n i o n e e r o e c a -d o e de h i e r r o g o l v o n l z o d o .

2 . O i m e n e i o n e e en mm.

P L A N T A

D I S E O : J. A. Gmez L.D I B U J O : G. M. Hernondez B.E S C A L A : I: 10F E C H A : Septiembre 1982

F A C U L T A D N A C I O N A L DE MINASL A B O R A T O R I O DE C O N T R O L

A U T O M T I C O

T A N Q U E DE N I V E L 3 0 0 - 2F l 6 URA O


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oo

B . C o no ulta n p a r o t u b e n ' a 0 = 1 1 / 4 "C . C o n e x i n p o ra t u b e r a 0 = 3 / 4 *Q C o n e x l o 'n p a r a t u b e r a 0= I "E . F o n d o del t a n q u eN O T A S :

1. T o d o e loe u n i o n e e r o e c o -d o e de t i i e r r o g o l v o n T z o d o .

2 . Todoe loe dimenelones enffl m.

ELEVACIN

oK>

PLANTA

DISEO J. A. G m e z L.DIBUJO G. M. Hernndez B.

\

E S C A L A ; 1 0F E C H A ; Septiembre 1.982

F A C U L TA D N A C I O N A L DE MINASL A B O R A T O R I O DE C O N T R O L

A U T O M T I C OT A N Q U E DE N I V E L 3 0 0 - 3

F I G U R A e-A


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1

3V e l o c i d a d = 0 , 0 1 7 n i e / s _ i c o ^ < ^' ; 1 ' " . 2 i ^ _ = 0 , 5 0 _m .0 . 0 1 0 4 p i e s j ,Nr = D\l/^ ^ 0 ,1 3 5 m X 0 . 5 m x 100 0 Kq/m^M s

0 , 9 gm ir.-2- a _ X 10 22ises ^ n.OOl Kq/gcms cp 0.01 m/cm

-1 - = 19444f = 0,0062 (McCabe Fig. 5-5) (3)2hfs,j, - 4 f _ C _ V := 4 X 0.0062 x 2,5 m , ^.2 2

0,035 m _ 7" s 0,22 m^

28^^^A " (3 X 0,9 + 10) X 0,125 ra" _ , co 2- i,Da j n (McCabe Tabla 5,1)8^ (3)^^s 2Total = 1,81 ra ^ 2

^ ^ = '^f T o t a lg

A Z = 0 , 2 ra

28+

2V22 g

= 0,125 ra^2 -"- =rs '

43


37/69

Considerando como aceptable una constante de tiempo en eltanque de 8 minutos (por facilidad de obervacin)Volumen = 8 GPM x 8 min ^ ^^ galones (121 litros) (1)

. 2Dejando un margen de 15 cms en el tanoue, sus dimensionesson:Altura real del tanque = 80 cmDimetro del tanque = 50 cmEl material de los tanques es acrlico transparente con elpropsito de elirainar la necesidad de elementos indicadoresde nivel.

Para facilitar la utilizacin de un transmisor tino celdadiferencial estandard, en el sisteraa de nivel, y aderas losmecanismos de supresin de rango es conveniente elevar lostancfues a una altura de 70'* (1,8 m aprox.)

La Figura 8 muestra el diagrama esquemtico del tanque.

5.2.1.5 Seleccin rotmetro de salidaEste rotmetro debe tener las mismas caractersticas delde entrada, esto es, sirve el modelo 10A3000 hasta 60 li-tros/mln de Fisher & Porter.

44


38/69

5.2.1.f .^êleccin de tanû d... roC'eleccinEste t.\ni:uG drbr t m n r ca acidad paro alm: cenar tros vece."el volT'.en de los tanc;uf- cle^/ador,, en o>eraci'1n erjto er.120 litro-, y adems garantizar . umir.i trr; T 1 nom a .invrtices. Se selecciona un taii' uo de a3>iesto cem.r-nto de250 litros de capacidad.

5.2.1.7 Seleccin de son.sores transmisores / controlador registrador.De entre los sensores disi'oni^les j ara i .ivel . ol ms conveniente para la aplicacin roftuerida os decir .âra realizar control regulante, es el de ti'ô celda diferencial.Por lo tanto se elige la celda Foxboro modelo 13 con unrango de 20 - 250" de agua a la entrada, y de 3 - 15 psi ala salida. Este instrumento sirve tamhit^n para transmitirla .seal y por lo tanto se comporta como senr-or-transmisor.

rl controlador ser un Foxl-mro 4 3 . P por su versatilidad,robustez y economa.El registrador ser un Fi.sher multipunto tara! ien utilizadoen los sistemas de fluô y temperatura on el Laboratorio.

45


39/69

5.3 TP^IPFRATURALa temperatura es auiz, la variable ms controlada enprocesos. Prcticamente es el parmetro determinante ensituaciones en que presin y flujo carecen de importancia(procesos con slidos, reacciones en raedio lquido en co-chada).Desde el punto de vista dinmico los procosos de temperatura son en general lentos, ya ciue sus cambios estn regidos por la capacitancia del medio para el cual se midela temperatura y de los parmetros de transferencia decalor. Por otro lado los equipos de intercambio usadosen transferencia de calor constituyen un caso tpico desistemas con parmetros distribuidos.Un efecto importante, por su frecuente ocurrencia y sucapacidad desestabllizadora, lo constituye el denominadoRetraso de Transporte, este es particularmente importante en sistemas de control de temperatura. -,Un sistema de control de temperatura en el laboratorio,debe permitir '

1. Reconocer las caractersticas de sensores y transmisores de temperatura. Neumticos y electrnicos.

2. Estudiar el efecto de diversos modos de control aplicados a temperatura.

46


40/69

3. Identificar la presencia de Retraso de Transporte yanalizar su influencia en un sistema de control.4. Admitir la presencia de perturbaciones.

Con el propsito de lograr los objetivos anotados antesel sistema de temperatura debe contar con las siguientesfacilidades: ,:1. Sistema de calentamiento de agua.

2. Sistema de agua fra.

3. Mezclador de fluidos a diversas temperaturas. : ; ' ^ . .

4. Sensores electrnicos y neumticos. ^

5. Elemento final de control elctrico y neuratico.

6. Controlador elctrico y neumtico.

7. Sistema para simulacin de Retraso de Transporte.El sisteraa seleccionado para tal fin se muestra en la Figura 9.

47


41/69

UJoo


42/69

m ^ II . ^H|. I KB

5.3.1 Clculo de unidades

5.3.1.1 Bases de diseoEl objetivo del sistema mostrado en la Figura 9 es doble,a saber, representar un sistema con Retraso de Transportey un sistema de control de temperatura con retrasos siraples.

t

El primer objetivo se logra, al usar un mtodo de transferencia de calor, por contacto directo entre dos corrientesde agua a diferente temperatura, con lo cual el proceso detransporte es rauy rpido y el retraso de seal, es causadoestrictamente por la demora de transporte entre el puntode mezcla y el de medicin de temperatura, ^

El segundo se logra, mediante el ciclo TT-1 - TRC - 1 yTCV - 1, situado alrededor del tanque agitado 2 (ver Figura 9) y en donde la variable controlada es la temperaturade salida, la variable manipulada es el flujo de agua caliente y las perturbaciones, el flujo de agua fra, la temperatura arabiente y la temperatura del agua caliente.

5.3.1.2 Sisteraa de Retraso de TransporteCorao fuente de agua caliente, resulta conveniente el usode un calentador de agua dorastica, con 60 galones de capacidad, debido a su disponibilidad, confiabilidad, y facili-

48


43/69

dad de instalacin.

La citada capacidad es la ms grande disponible comercial-raente y suministra por lo tanto 3,78 litros/minuto, de aguaa 70C (8) por lote de agua calentada.

Seleccionando como temperatura deseada 4 0C, la cantidad(M ) de agua fra (20C) necesaria para la mezcla viene da-Fdo por;

T-(M_ + 3.5) 20 = 3,5 (50)F M_ = 5,25 lltros/mlnr

Para temperatura deseada 30CM = 8 , 2 litros/rain

Para temperatura deseada 45*C /Mp = 3,5 litros/rain

Dado que la velocidad de registro ms rpida disponible comercialmente (9) es de 1 pulgada de avance/minuto, se considera que es necesario al menos un retardo capaz de registrarse en 1/6 de pulgada por lo tanto equivalente a 10 segundos,cuando la temperatura deseada sea de 35C (mezcla total 11.7litros/rain)

49


44/69

Esto supone un tramo de tubera con un volumen de 11,7litros X = 1,95 litros

Si se selecciona una tubera de 3/4" BI'7G No. 12, se requiere un tramo de 14 metros, entre el punto de mezclay el de medicin de temperatura.

Si la temperatura deseada es de 45C, el retraso de transporte involucrado ser de

1'95 ' = 16 segundosEl cual se registrara en 7 mm de papel en el registrador.Para economizar espacio, resulta conveniente disponer,la tubera en espiral, usando tubera flexible de dimetro interior equivalente.

Para permitir comparacin, se dispondr un tramo rectode 1,5 m, del aismo imetro, con retraso de transportede 1/10 respecto al asociado al tramo largo.

Un rotmetro, permitir conocer en cualquier instante,el flujo involucrado.

50


45/69

H f -

J J

P L A N T A

9- 0 0 - I IiSh-{X}-

2 0 0 - 1 3 0 0 - 1

-X -

T i X i -

A ho

O" " ^ P 1 0 1 - Iinri l i -XJ-

o

- D r e n a j AE L E V A C I N B - B

17502000

JE L E V A C I N A - A E L E V A C I N C - C

DiSE fio: J. A. Gonnez L.DIBUJO: G- M. Hernndez B.ESCALA: I : 20FECHA: S e p t i e m b r e 1 . 9 8 2

FACULTAD NACIONAL DE MINASLABORATORIO DE CONTROLA UTOM TIC OS I S T E M A D E C O N TR O L

D E T E P E R A T U R A (D I S P O S I C I N )F I G U R A 1 0


46/69

5 . 3 . 1 . 2 . 1 S e l e c c i n d e i n s t r u m e n t o s y e c m i p o sC l c u l o d e c a 'o e z a o n t r e l o s n u n t o s 1 v ? ( F i g u r a 1 0 )T u b e r a r e c t a d e 1 / 2 " d. cd 4 0 ; ^f.&r^ mm

N r = D \ i ^ O 6 2 2 / 1 2 x 3 , 3 5 x 6 1 , 8 4 I b / p i e ^M _ 40 , 6 5 X 6 , 7 ? X 1 0 l hp i e - s

= 2 4 5 8 3 , 3 3f = 0 , 0 0 7 ( 1 0 )AH = 4 f L V^ y, co 2 , 2" = 4 , 5 8 m / sD 2A P = 4 , 5 8 X 9 9 0 , 2 5 K q / i J = 4 5 3 5 , 3 4 Kgm . p ^ .

2 2s mE n m d e ag u a a 4 5 ' C = 4 ,5 3 ra / s = o 4 6

9 , 8 m / s ^- Accesorios

7 tees de 1/2"5 codos de 1/2"

A h f (3 ,3 5 ) (5 ^ Q ^75 -H 7 ) = 1 . 8 7 p i e s = 0 ,5 7 m2 X 3 2 , 1 7 ( 1 0 )

5 1


47/69

2 vlvulas de corapuerta2^^ '? .^^ (2 X 0,17) = 0,018 m (10)

2 X 32,1714 metros de tubera de 3/4 nvJG 12 dispuesta en hlice,con dimetro de hlice 40 cm.

V = 4,58 pies/s

Nr = 0, 53 2 /1 2 X 4, 5 8 x 61 .8 4 ^ 186856,72 X l O ' ^

fc = 0 ,08 (1 86 85 ) - ' ^^ -H 0 , 0 1 / 0^532121,31

0 ,00862(10)

h f s = 4 x 0 ,0 086 2 X 14 ^ , , Q 2 ,^ J L J Z = 34,54 m"0, 01 35 2 ^. 28

h f s = 34 ,5 4 X 1,1 = 3 7 , 9 9 ra^28

En m e t r o s de agu a = 3, 87 m

52


48/69

RotmetroComo rotmetro conviene seleccionar un Fishor Portermodelo 10A270n de 3/4" No. de tubo F P 3/4 - 27 - G 10Flotador No. 3/4 GNSVT-56, con capacidad de 19,1 litro/min, para el cual la cada de presin es de 0,29 m deagua (11).

La cada de presin a 12 litros/rain, entre el punto dedescarga (2) al tanque 2 y el punto de raezcla (1) esentonces de 5,2 m de agua (densidad 900,25 Kg/ra )Como se descarga a presin atmosfrica la presin enel punto 1 debe ser

51,03 X 990,25 ^ 35^3 . ^35^33 ^^^ ^^^^^1000clculo de cabeza entre los puntos 1 y 4 (Figura 10)Entre el punto 1 y el punto 4 (Figura 10)

Tubera recta 1/2" Sch 40 : 2,4 mVelocidad =2,37 ples/sNr^ = 0>622/12 X 2,37 x 61,84 _ 3^130^ 7

6,72 x lO"'*f = 0,007

53


49/69

- - V I '

Ahfs = 4 x 0,007 X ^ - J . x (0,72) " = i oo m"0,016 r, r,

s= 0,112 m de agua a 20C

2 codos, 3 tees, 2 vlvulas de compuerta2

hfs = (2,37) j2 ^ f^^-j^ -I- 3 -I- 2 X O 17) = 0,13 m2 x 32,17Total prdidas por tubera y accesorio 1 y 4 = 0,242 raMs cada en vlvula de control = 0,242 mTotal prdidas entre 1 y 4 = 0,484 m de agua a 20 (098,23Kg/m^)Equivalentes a 4,73 Kpa.

BombaLa presin de descarga de la bomba debe ser 135,83 --4,73 = 140,56 Kpa (abs) por lo tanto se requiere que suministre una cabeza de 55 Kpa con un flujo de 8,5 litros/minuto o en unidades inglesas (an son comerciales) 18 piesde agua a 2,24 C.P.M. 'En estas condiciones la bomba adecuada es una tipo regene-rativa (turbina) IIIM modelo R-1/2 de 1750 RPM y 1/3 HP (12)

Vlvula de controlPara la vlvula de control, hay disponible 0,35 psi

S4


50/69

, tX '

( 0 , 2 4 2 X 9,8 X 0 , 9 9 8 2 3 x J-^ )i o n? 42Cv = ^ = 5,4, de caracterstica lineal

0,7 \|o,35

Se selecciona una vlvula deaguja Foxboro V4A tipo M (13)Entre elr unto 1 yel punto 3 (Figura 10)Flujo: 3,5 litros/rain agua a7nc tubera 3/8" Hch 0V,V = 1,54 pies/s (0,47 m/s)

N^ = ",493/12 X 1,54 X 61,84 ^ 14555,4340,4 X 6,72 X 10

= 0,0072 (10)

hfs = 4 X 0,0072 X ^ - ^ X (n,47)^ 0,72 m*0,0125 - , rt

Accesorios2 tees, 1 codo y 1vlvula compuerta

2^ ^ ^ = ^^^^^.^" (0,75 -I- 2-I- 0,17) = 0,0332 X 32,17

hfs = 0,073 + 0,033 = 0,106 mEquivalente aun Ap entre 1 y 3 de1,04 KpaPresin es el punto 3: 135,83 -- 1,04 = 136,87 Kpa

55


51/69

Equivalentes a una presin manomtrica estandard de 5,53psi, a la descarga del calculador, presin aue puede sersuministrada por la lnea del acueducto.

Sensor transmisor de temperaturaCon el propsito de ilustrar al estudiante sobre los diversos sensores de temperatura se selecciona un conjuntode sensor clase IA con transmisor neumtico marca Foxboro.Este instrumento es totalmente compensado, tiene un rango de -300 F a -f 600"'F

Alcance mnimo de 40*F (22*0Alcance mximo de 600"F (13)Ya que la temperatura deseada ser de 35''C, se puede ajustar en el aparato un alcance de 24 a 46C. -

El instrumento enva una seal de 20 - 100 Kpa y requiere 120 Kpa en aire libre de aceite.

ControladorSe emplear un controlador neumtico tipo 43 A de Fox-boro, con modo proporcional, integral y derivativo.

Indicador de temperatura

56


52/69

Se emplear un termmetro bimetlico de cartula con rango de 0-100C

5.3.1.3 Sistema de control de temperatura con retrasoSimple.Este sisteraa usar agua caliente proveniente del calentadorI (Figura 9) v aediante ezcla en el tanque 2 (Figura 9) conagua fra, se lograr un nivel de temperatura a la salida,el cual constituir la variable controlada. En la FiguraII se muestra esquemticamente el sistema aislado.

5.3.1.3.1. Clculo de instrumentos y equipoUn balance de energa alrededor del tanque 2 (Figura 11),conduce a la siguiente ecuacin

(A) V p Cp dTs ^ f-c p Cp Te + F f P CpT - F s ^ CpTs - Qr. d eEn donde: > - .V = Volumen r e te n id o en 2 [p ie jJ> = De ns ida d [ i b / p l e ^ ]Cp Cap acidad c a l o r f i c a F BTU 1 ;

[ i b ' F JTs Temperatura de salida ["F1 Tiempo

F c F l u j o a gu a c a l i e n t e [ p ie / h r j57


53/69

A g u oCal ienteA g u a F r aF t T f

r rz

3 0 0 - 1

- 7 ^

i J L * .

T R

' - * -

O I S E A O : a A. Gmez L .D I B U J O : 6. M. H ernondez BE S C A L A : s i n e sco l oF E C H A : Septiembre 1.982

FA CU LTAD NACIONAL DE MINASLABORATORIO DE CONTROLAUTOMTICOS IS T E MA C ON RE TRA S O S IMP LEPA RA CO NTROL DE TEMPERATURA

F I G U R A I I


54/69

Te = Temperatura agua caliente rFjI- -1 -1pie /hrj

T = Temperatura agua fra \ ^ F \Fs = Flujo de descarga [pie /hrjTs = Temperatura de salida |*FJQr = Prdidas por radiacin BTU

hr pie'y Qr = hr (ts - To) (15)To = Temperatura ambiente ['FJ

Para evaluar hrhr - 0>61 X 0,173 (6,18^ - 4,47 )

0,73158 - 77

BTUhr pie' 1 F I -..- '. y .

Dado que la temperatura mxima disponible son 7 0 "C, sepueden considerar constantes O y Cp.Con el propsito de determinar la dinmica del procesoentre Ts (variable controlada) y Fc (variable manipulada),se asumen pequeas variaciones en Fc alrededor del valornormal (3,5 lltros/mln) y constancia en el valor de F^ ,Ty: y Te y To (su efecto en el valor de Ts, es conside-rcole, de hecho son las perturbaciones que exigen compen-

58


55/69

sacin, sin embargo haciendo uso del principio de superposicin, su efecto puede ser calculado por separado ysumados para determinar el comportamiento total del sistema)

F^ = 8 , 5 litros/min

Tx = 20*C

p =62,4 Ib/pie"

Cp = 1 BTU16 "FTe = 70*C : .y : - J To = 20c , ;' .

".'. ' y ' .-' '^'JJ * I. - ', - ' . ' . ' -

La ecuacin (A) se escribe en trminos de incrementos (14),quedando como:

V dTsd6

Fc (T^ - Ts) - Ts (Pe + F^ - K^) (B)

donde K. = 0,77 x 4,3 J - --362,4

s = Valor raedio de Ts 35CFc = Valor raedio de FcQrEste parmetro refleja el efecto de las prdidas por ra-

59


56/69

2diacin, considerando un rea expuesta de 4,3 pie y porsu valor puede despreciarse. ^

Reordenando (B) :

^ f + F Z d \ p c F^ 'AFe

En donde V = Constante de tiempo (T)F c FJT, - T1 s = Ganancia de estado estacionario

' Fc + F.J: '" - ' . . ' -

- Dimensiones del recipiente 2Asumiendo corao buena T 0,05 hr, por facilidad de operacin y registro, el volumen es:

' ''A' ' ' " ' : * . ';, IT L - " 1: - - : . > V = (7,4 + 18,) x 0,05 = 1,25 pie^

que pueden ser dispuestosen un recipiente de 400 mmde dimetro por 300 ram de altura.Para facilitar el funcionamiento del sistema de retraso de transporte, la altura se lleva a 600 mm.

60


57/69

La descraga del tanque 2, se realizar por una tuberade 3/4, la cual a 12 litros/min (1,81 pies/s) con unavlvula de compuerta abierta 60 %, requiere una cabezade 30 cms de agua. (16)

Vlvula de controlFlujo: 3,5 litros/min Agua a 70'C.

(3)= 0,4 X 6,72 X lO"^ Ibpie - s

p= 62,4 Ib/pie^

Tubera: Long. 3,93 pies (1,2 m) dimetro 1/2" Sch 40Velocidad: 0,86 ples/s (16)Nre = 0,622/12 x 0,86 x 62,4 ^ 10349 15

0,4 X 6,72 X 10"^f = 0,08 (3)

^^ Tub ' -* " ^^'008 X 3,93 X 12 ^ (Q ggj20,622

= 1,79/144 = 0,012 psi2 X 32

X 62,4

Accesorios: 3 tees, 2 codos, 2 vlvulas de globolongitudes equivalentes (pies) = (3 x P.) -H (2 x 10)+ (2 X 900) = 1844 pies (16)

61


58/69

3,93Presin a la salida del calentador: 30 psiCada de presin en lnea - accesorios = 5,6 psiCada de presin para vlvula control = 24,4 i)siFlujo: 3,5/3,785 = 0,9247 galones/min

c^ - j L ^ = 0,31 :0,6 1/24,4

Se selecciona vlvula modelo V4A tipo G de aguja marcaFoxboro. Motor neumtico. (13)

Transmisor de temperatura jSe selecciona un termopar como sensor primario, tipo j . ( 17 ) : ^ :Controlador indicadorSe selecciona un controlador electrnico ElectromaxIII de Leeds & Northrup modelo 6435 tipo ajuste decorriente (C.A.T.). Salida de 4-20 mA. (18)

Convertidor electroneumtico.Para hacer compatible la seal elctrica con la naturaleza neumtica tanto del motor de la vlvula como

62


59/69

del registrador se selecciona un convertidor Leeds &Northrup modelo 10970. Entrada 4 - 20 mA (18).

L

63


60/69

5.4 PRESINEl control de presin es necesario, cuando la presin esel parmetro principal para la realizacin del nroceso,por ejemplo en reactores qumicos, procesos de destilacin, operaciones de secado (en que la presin puede serde vaco).Tpicamente est asociada a fluidos compresibles o sistemas de proceso que involucren fase gaseosa.

Un sistema que permita en el laboratorio, el manejo de fluidos compresibles, resulta importante en la familiarizacindel estudiante con el manejo de instrumentos y equipos enaplicaciones gaseosas.

Dinmicamente, son sistemas rpidos, que a bajas oresiones y cadas de presin, se comportan como flujo incompresible con buena aproximacin (3), para altas presiones y/ocadas de presin, se diferencian netamente y deben entonces tenerse en cuenta efectos snico, variabilidad en viscosidad, densidad, efectos trmicos.

Bajo condiciones ordinarias de presin y temperatura, lams importante limitacin ocurre cuando la presin aguasabajo de una restriccin (vlvula, orificio) (P_) es menor que el 50% de la presin aguas arriba P-

64


61/69

. ! ' " = T I V . - - . -

; ,1

P^ < 0,53 Pj (19)

En tal situacin se establece flujo snico en la restriccin V la presin aauas abajo (P-) deja de tenor influencia sobre la intensidad del flujo^

El sistema de control de presin en el laboratorio, debepermitir: ' ' " - - - ; / " : - : :, jy,p1. Identificar la dinmica de elementos sencillos conflujo compresible. < ; .

2 . Reconocer las earaeterlsticas de seleccin, instalacin y operacin de instrumentos aplicados al flujo compresible. ..; ' ' :..'_ / - ' ;.

. . - - . . ' - ' ^ . ' d ' ' . . .. . . , . / - ^'3. Aplicar modos de control PID y analizar su efecto enel control de presin. '

: ". / . . . .. . : . . : - I . > . .. 4 . Reconocer y analizar el uso de elementos de controlde dos posiciones (on - off). ' " . *

5. Introducir y aplicar, la tcnica de sntesis y montaje de sistemas de control secuencial (esttico).

fi


62/69

Para cumplir con estos objetivos, se dise ol sistemamostrado en la Figura 12.Tal sistema incluye para simular el control usado en calderas pirotubulares y para realizar control proporcionante de presin.

5.4.1 Clculo de unidades

5.4.1.1 Bases de diseoSe dispone de un compresor de 8 Scfm a 100 psi de descarga.

Para el sistema de control de presin proporcionante, sedescargar a la atmsfera, se usarn instrumentos comerciales.

Al tanque de presin 301-2, deber llegar una lnea deconduccin de aire, a travs de una vlvula solenoide,para ser empleado en el sistema de control secuencial.

Se dispondr de indicadores de flujo de aire para facilitar la identificacin de dinmica.

Se disear con una constante de tiempo terica de mnimo5 segundos.

66


63/69

8 ^ ^

V-2

^ - ^ l V - 8 ^ P f V >

V - l V o l v u l a A u t o r r e g u l a d o r aV - 2 , V - 3 , V - 6 , V - 7, V-8 Volvulos de a g u j oV - 4 V l v u l a S o l e n o i d eV - 9 V l v u l a de c o m p u e r ta l"101 Bomba201 Tablero301-1 Tanque Pulmn301-2 Tonque Pres in3 0 2 -1 T a n q ue N iv e l3 0 2 -2 T a n q u e A lm a c n

P L A NT A

1/4" sen 40

^T

V-6H X l

3 0 1 - 22.0--\/?. ' V-4V -3 X } -

3 0 2 - 2

-A h V-20- 1/2" - i X hV -8

E L E V A C I N A-A E L E V A C I N B-B

3 0 !

DISEO j . A. G m e z L.DIBUJO 6. M. H e r n n d e z BE S C A L A : I : 20F E C H A S e p t i e m b r e 1.982

FACULTAD NACIONAL DE MINASLABORATORIO DE CONTROL

AUTOMTICOS I S T E M A P A R A C O N TR O L

D E P R E S I NF I G U R A 12


64/69

En el sistema de simulacin de la caldera se recircularel agua.

Se usar un sistema de control de estado slido.

5.4.1.2 Sistema de control de presin proporcionante.Seleccin de flujo normal.Suponiendo flujo isotrmico, a travs de la lnea de descarga, lo cual puede asumirse dadas la presin y la velocidad bajas necesarias, se emple la ecuacin

^'^ - ^ ^ ( -' - ^ ^ ' ^ - . ^ i - ln Pa 2 .2 RoT q ^ T AL_ PJPb -2 ge ry se procedi a realizar un procedimiento de ensayo y errorpara hallar Pa , Lli y G, para cumplir con las bases dediseo.En la ecuacin (c)M = Peso raolecularRo = 1545 Ib pie

Ibmol "RT = 533 RPb = 1771,2 Ib /ple^ (abs)

67


65/69

ge = 32 Ib pieIb m s

^H = - i- X 0 622 p,^^4 12

AL = longitud equivalente de tubera. Este valor se modific mediante el uso de vlvulas de aguja.

Del trabajo anterior se obtuvo el siguiente conjunto devalores para los parmetros;Tubera 1/4" Sch 40 ; , d '] ' ', '2 vlvulas de aguja ' . " ' ^

3 ' V- ' ' '1 rotmetro Rango O - 40000 cm /rain aire a 0*y atm. ' Vpa = 21,3 psia ;, . v - - -;'pb = 12,3 psia - f .Intensidad de flujo normal mximo: 37000 cm /minCapacitancia = , '"Resistencia (a flujo normal mximo) = 16,3 psia

scfmConstante de tiempo = 10 s . '.' :''

^ - ^ X 14,7 = 0,15 pie^ (= 4,20 litros) (1)6 X 16,3

Fl sistema permite auraentar la constante de tiemi^o; facilitando el registro de la seal se seleccion entonces una

* > , m

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constante de tiempo de 2 min, ])ara lo cual el volumendel tancue 303-2 (Figura 3 2) resulta

^ "" X 14,7 = 1,8 pie-' (= 51 litros)l'',3

Se disponen entonces en un recipiente cilindrico c*e 0,3 mde dimetro y n, ?! m de alto.

Vlvula do control.A flujo mximo, la cada de presin, deber r,er asumidaesencialmente por la vlvula de control.

Cv = 79,21360 \ i - ^ ^ ^ ^ = "'^302 (7)K 5 X 21,

Esto perm.ite seleccionar una vlvula de aguja tipo V4A modelo F, de Foxboro, motor neumtico de 3-3 5 psi para ^ta-r-intizar una presin de suministro de 26 psia, se diseel tanque 301-1, el cual ser alimentado por el compresormediante vlvula autoreguladora. (ver Figura 12).Como rotmetros se seleccionan 2 unidades del nodelolOM OlS de Fisher & Porter de 3/8", Sch No. FP-3/8 - 16-6-5/35 para aire.

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Fl sistema dir^eado presenta realimentacir unitaria yno recuiere transmisor.Como controlador se selecciona un Fisher & Porter, neumtico, miniaturizado de tres modos serie 45 modelo 51 Pe,con facilidad para montar sistemas en cascada. (puntode ajuste remoto).

5.4.1.3 Sistema de control secuencial (dos posiciones)Este sistema constituido por los elementos no incluidosen el numeral anterior, y mostrados en la Figura 12, permite simular el comportamiento de una caldera pirotubu-lar, mediante el tanque 302-1 para el nivel, el tantiue301-2 para presin y flujo de vapor y una serie de pilotos, que indican sucesivamente inyeccin de aire, ignicin de electrodos, inyeccin de combustible y com.bus-tin; un elemento foto sensible simular fallas en lacombustin.

La capacidad del tanque (efectiva es de 90 litros) quese llenarn en un (1) minuto, esto requiere bombear 23galones por minuto de agua a 25*C.Con una vlvula de corapuerta en la descarga, semiabierta,la cabeza requerida es de 12 m de agua. (16)Se seleccion una bomba centrfuga de 1/2 lP marca IIIM,

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rotor con dimetro 4,5", succin 1 1/4" y descarga 1"El tanque 302-2 (Figura 12), tiene una capacidad de175 litros, para asegurar funcionamiento normal a labomba.

Como presstato se selecciona un A^lCROFT modelo C/50520 psi. . J y

' . . . r . , .

Como nivelostatos, se seleccionan dos unidade.T LS-1900,de marca GEMS (Transamrica de Laval).

La Figura 13 muestra el circuito electror.ecnico bsico para el simulador de caldera, este circuito implementado en estado slido ser el construido.

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N i v e l M n i m o

U lnkfQ 3 H I H ^U 2 T 2

P r e s i n M n i m o

N i v e l M x i m o

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