Automatizacion y Control Industrial

CURSO

: AUTOMA AUTOMATIZACIÓN TIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL

DOCENTE

: PAZ PURISACA, ROLANDO

CICLO

: VIII

ALUMNO

: ROSALES ARDIAN OSCAR MANUEL

DUED

: MOQUEGUA

MOQUEGUA - PERÚ

Automatización y Control Industrial

DEDICATORIA Este presente trabajo está dedicado en e n especial a mi familia familia que me da todo el apoyo apoyo moral para poder seguir adelante con mi desarrollo personal y Profesional. Tambin Tambin se lo dedico dedico a !d. Profeso Profesorr por su gran gran apoy apoyoo prof profes esio iona nall que que nos nos brin brinda da en este este largo largo cami camina narr de nuest nuestra ra form formac ació iónn y desa desarr rrol ollo lo profesional.

"scar #anuel $osales Ardian 2

Automatización y Control Industrial

ÍNDICE -

A!T"#ATI%ACI"& ' C"&T$"( I&)!*T$IA(+++++++++... ++++++. ,

-

$E*!#E&+++++++++++++++++++++++++++ +++++++++. -

-

"/ETI0"+++++++++++++++++++++++++++ +++++++++. 1

-

TE"$IA+++++++++++++++++++++++..++++.. +++++++++.. 1

-

TIP"*

)E

#E)I)"$E*

)E

CA!)A(++++++++++++++++++++........ 2

-

3ACT"$E* PA$A (A E(ECCI4& )E TIP" )E #E)I)"$ )E 3(!I)"+++... 56

-

#E)I)"$E*

)E

CAE%A

0A$IA(E+++++++++++++++++++++ 55

•

El

Tubo

de

0enturi++++++++++++++++++++++++++ ... 57 •

Placa "rificio++++++++++++++++++++++++++ +++... 57

•

Tobera

o

boquilla

3lujo++++++++++++++++++++++.. 57

"scar #anuel $osales Ardian 3

de

Automatización y Control Industrial 8

#E)I)"$E*

)E

9$EA

0A$IA(E+++++++++++++++++++++.+ 5:

•

$otatometro++++++++++++++++++++++++ ++++++ 5:

•

3lu;ómetro

de

Turbina+++++++++++++++++++++++.... 5: •

3lu;ómetro

de

0órtice+++++++++++++++++++++++.+. 5: •

3lu;ómetro

de

0elocidad+++++++++++++++++++...+++. 5: •

3lu;ómetro electromagntico+++++++++++++++++++.+ 5<

•

3lu;ómetro

de

!ltrasonido+++++++++++.

++++++++++.. 5, 8

TIP"*

)E

*E&*"$E*

)E

CA!)A(+++++++++++++++++++++.+ 5-

•

#edición

)irecta+++++++++++++++++++++.

++++++. 5•

#edición

de

presión

=idrostática

o

Elctricas

de

3uerza+++++++++++++. 51 •

#edición

de

caracter>stica

(>quidos+++++++++.. 5?

8

A&E@"++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++ 52

8

C"&C(!*I"&E*++++++++++++++++++++++++ ++++++++ 77

"scar #anuel $osales Ardian 4

Automatización y Control Industrial 8

I(I"$A3IA+++++++++++++++++++++++++ +++++++.. 7:

8

APE&)ICE+++++++++++++++++++++++++++ ++++++++ 7<

"scar #anuel $osales Ardian 5

Automatización y Control Industrial

AUTOMATIZACION Y CONTROL DE CAUDALES (a automatización es una disciplina de la ingenier>a de uso de sistemas o elementos computarizados y electromagnticos para controlar maquinas y procesos industriales que las empresas por su eBolución y tecnolog>a que tiene los beneficios que se obtiene como optimización de proceso reducción de costo seguridad laboral información real mejor calidad e incremento de la productiBidad.

ORIGEN DE LA AUTOMATIZACION

P$E=I*T"$IAD InBención de erramientas para la Caza la confección la construcción la Agricultura.

E)A) #E)IAD InBención de maquinas *imples

$E0"(!CI"& I&)!*T$IA(D  )iBisión del trabajo en tareas simple.

RESUMEN "scar #anuel $osales Ardian 6

Automatización y Control Industrial Esta trabajo acadmico tiene como objetiBo

principal

funcionamiento

estudiar y

las

el

efecto

aplicaciones

tecnológicas de algunos aparatos medidores de flujo el cual su inBención data de los aFos 5.?66como el Tubo 0nturi donde su creador luego de mucos cálculos y pruebas logró diseFar un tubo para medir el gasto de un fluido es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo. Principalmente su función se basó en esto y luego con posteriores inBestigaciones para aproBecar las condiciones que presentaba el mismo se llegaron a encontrar nueBas aplicaciones como la de crear Bac>o a traBs de la ca>da de presión. (uego a traBs de los aFos se crearon aparatos como los rotámetros y los flu;ómetros que en la actualidad cuenta con la mayor tecnolog>a para ser más precisos en la medición del flujo. Tambin tener siempre presente la selección  del tipo de medidor como los factores comerciales económicos para el tipo de necesidad que se tiene.

OBJETIVO El objetiBo es que el estudiante o ingeniero que conozca los fundamentos básicos y aplicaciones que se presentan en este trabajo debe estar en capacidad para escoger el "scar #anuel $osales Ardian 7

Automatización y Control Industrial tipo de medidor que se adapte a las necesidades que el usuario requiere.

TEORÍA El agua es indispensable para la Bida en el Planeta además de construir un insumo básico para el bienestar social y el desarrollo económico por lo general la gestión del agua se ocupa principalmente de organizar el aproBecamiento multisectorial de los recursos >dricos en el conte;to del desarrollo socioeconómico abarcando aspectos de cantidad y calidad en el abastecimiento de agua para consumo umano el uso en la agricultura la industria y en la generación de energ>a idroelctrica.  A lo largo del tiempo esta forma tradicional de gestión a tenido que ampliar sus alcances incluso rebasando el ámbito de competencia del sector idráulico para incorporar otros aspectos de tipo social económico y ambiental relacionados con el manejo de agua un ejemplo de lo anterior son las tradiciones y costumbres desarrolladas alrededor de los del agua la actiBidad pesquera los aproBecamiento cinegticos y de paisaje o la conserBación de la biodiBersidad que comGnmente no son considerados para la toma de decisiones de manejo del agua pero que se Ben influenciadas en mayor o menor grado por dicas decisiones.

(a selección eficaz de un medidor de caudal e;ige un conocimiento práctico de la tecnolog>a del medidor además de un profundo conocimiento del proceso y del fluido que se quiere medir. Cuando la medida del caudal se utiliza con el propósito de facturar un consumo deberá ser lo más precisa posible teniendo en cuenta el Balor económico del fluido que pasa a traBs del medidor y la legislación obligatoria aplicable en cada caso.

"scar #anuel $osales Ardian 8

Automatización y Control Industrial *e e;aminan los conceptos básicos de la medida de caudal y las caracter>sticas de los instrumentos de medida. Entre los principales medidores que se estudian se citan en primer lugar los medidores de presión diferencial. )espus se estudian los medidores con accionamiento mecánico es decir los medidores de desplazamiento positiBo y los medidores de tipo turbina para finalizar con los medidores de caudal de tipo electromagntico y los medidores de tipo ultrasónico. Aunque los medidores de tipo másico no se abordan ya que la ponencia trata de medidores de caudal de tipo Bolumtrico en ocasiones es más importante conocer el caudal másico que el caudal Bolumtrico principalmente en la industria qu>mica donde es necesario conocer los caudales másicos con el fin de determinar balances energticos en las plantas de proceso. *e indican tambin las Bentajas e inconBenientes de emplear uno u otro tipo de medidor de caudal tanto tcnica como económicamente.

TIPOS DE MEDIDORES DE CAUDAL 



MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE -

Tubo de Benturi

-

Placa de "rificio

MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE

"scar #anuel $osales Ardian 9

Automatización y Control Industrial

-

$otámetro

-

3lu;ómetro de turbina

-

3lu;ómetro de Bórtice

-

3lu;ómetro electromagntico

-

3lu;ómetro de !ltrasonido

-

3lu;ómetro de Belocidad •

•

•



Tubo de Pitot Anemómetro de Copas Anemómetro de Alambre Caliente

MEDIDORES DE FLUJO MASICO -

El medidor de masa inferencial

-

#edidor de masa HBerdadero

-

#edidores de flujo másico

•

•

•

•

-

El medidor de efecto #agnus El medidor de momento transBersal para flujo a;ial El medidor de gasto de masa de momento transBersal para flujo radial. El medidor de gasto de masa de momento transBersal.

El medidor trmico de gasto de masa giroscópico.

FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO Para los factores de elección del tipo de medidor se tiene que tener en cuentaD

"scar #anuel $osales Ardian 1

Automatización y Control Industrial 

RANGO! (os medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde Barios mililitros por segundo JmlKsL para e;perimentos precisos de laboratorio asta Barios miles de metros cGbicos por segundo Jm:KsL para sistemas Irrigación de agua o agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalación de medición en particular debe conocerse el orden de magnitud general de la Belocidad de flujo as> como el rango de las Bariaciones esperadas.



E"ACTITUD RE#UERIDA! Cualquier dispositiBo de medición de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una e;actitud dentro del , M del flujo real. (a mayor>a de los medidores en el mercado tienen una e;actitud del 7M y algunos dicen tener una e;actitud de más del 6.,M. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran e;actitud.



$%RDIDA DE $RESI&N! )ebido a que los detalles de construcción de los distintos medidores son muy diferentes stos proporcionan diBersas cantidades de prdida de energ>a o prdida de presión conforme el fluido corre a traBs de ellos. E;cepto algunos tipos los medidores de fluido lleBan a cabo la medición estableciendo una restricción o un dispositiBo mecánico en la corriente de flujo causando as> la prdida de energ>a.



TI$O DE FLUIDO! el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. !na consideración básica es si el fluido es un l>quido o un gas.



CALIBRACI&N! se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real Bersus indicación de la lectura. Algunos están equipados

"scar #anuel $osales Ardian 11

Automatización y Control Industrial para acer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen.

MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE (os #edidores de Cabeza Bariable son los que al restringir una corriente de un fluido su presión disminuye en una cantidad que depende del flujo Bolumtrico a traBs de la restricción. (a ca>da de presión entre puntos antes y despus de la obstrucción se utiliza para indicar el flujo a traBs de la restricción. (os medidores de flujo son instrumentos utilizados para determinar la cantidad de flujo másico que pasa a traBs de una tuber>a. "tros nombres con los cuales suelen llamarseD 3lujómetros caudal metros o medidores de caudal. (os tipos más comunes de medidores de cabeza Bariable son el tubo Benturi la placa orificio y el tubo de flujo.

-

EL TUBO DE VENTURI!

s un dispositiBo que origina una prdida de

E

presión al pasar por l un fluido. En esencia ste es una tuber>a corta recta o garganta entre dos tramos cónicos. (a presión Bar>a en la pro;imidad de la sección estrecaN as> al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la ca>da de presión y calcular el caudal instantáneo o bien unindola a un depósito carburante se puede introducir este combustible en la corriente principal.

"scar #anuel $osales Ardian 12

Automatización y Control Industrial

$LACA ORIFICIO! Es un medidor de caudal que consiste en una placa con

-

un orificio Jpuede ser concntrica e;cntrico y sementadaL que se interpone en la tuber>a es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo.

TOBERA O BO#UILLA DE FLUJO! Es un dispositiBo que conBierte la

-

energ>a potencial de un fluido Jen forma trmica y de presiónL en energ>a cintica. Como tal es utilizado en turbo maquinas y otras maquinas como inyectores JdispositiBo utilizado para bombear fluidos.

MEDIDORES DE AREA VARIABLE (os medidores de área 0ariable tenemosD 

ROTATOMETRO! Es un medidor de caudal en tuber>as de área Bariable de ca>da de presión constante es para medir el caudal de baja presión en tuber>as de 9rea Bariable consiste de

"scar #anuel $osales Ardian 13

Automatización y Control Industrial un flotador que se mueBe libremente dentro de un tubo ligeramente cónico con el e;tremo angosto acia abajo. 

FLU"&METRO DE TURBINA! El fluido proBoca que el rotor de la turbina gire a una Belocidad que depende de la Belocidad de flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a traBs de una bobina magntica se genera un pulso de Boltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia un contador electrónico u otro dispositiBo similar cuyas lecturas puedan conBertirse en Belocidad de flujo. 0elocidades de flujo desde 6.67 (Kmin asta algunos miles de (Kmin se pueden medir con flu;ómetros de turbina de Barios tamaFos.



FLU"&METRO DE V&RTICE! !na obstrucción cata colocada en la corriente del flujo proBoca la creación de Bórtices y se derrama del cuerpo a una frecuencia que es proporcional a la Belocidad del flujo. !n sensor en el flu;ómetro detecta los Bórtices y genera una indicación en la lectura del dispositiBo medidor.



FLU"&METRO DE VELOCIDAD! Algunos dispositiBos disponibles comercialmente miden la Belocidad de un fluido en un lugar espec>fico más que una Belocidad promedio.

-

Tubo Pitot : *e utiliza para calcular la presión la presión total tambin

denominada presión de estancamiento presión remanente o presión de remanso Jsuma de la presión estática y de la presión dinámicaL es uno de los más e;actos para medir la Belocidad de un fluido dentro de una tuber>a.

-  Anemómetro de Alambre Caliente: mide la Belocidad del fluido detectando los cambios en la transferencia de calor mediante un pequeFo sensor calentando elctricamente Jun ilo o una pel>cula delgadaL e;puesto al fluido bajo estudio. "scar #anuel $osales Ardian 14

Automatización y Control Industrial

-  Anemómetro de Copas: Es el instrumento clásico usado

para medir el

Biento.



FLU"&METRO ELECTROMAGN%TICO! *u principio de medida está basado en la (ey de 3araday la cual e;presa que al pasar un fluido conductiBo a traBs de un campo magntico se produce una fuerza electromagntica J3.E.#.L directamente proporcional a la Belocidad del mismo de donde se puede deducir tambin el caudal. El flujo completamente sin obstrucciones es una de las Bentajas de este medidor. El fluido debe ser ligeramente conductor debido a que el medidor opera bajo el principio de que cuando un conductor en moBimiento corta un campo magntico se induce un Boltaje.



FLU"&METRO DE ULTRASONIDO! Consta de unas *ondas que trabajan por pares como emisor y receptor. (a placa piezo8cerámica de una de las sondas es e;citada por un impulso de tensión generándose un impulso ultrasónico que se propaga a traBs del medio l>quido a medir esta seFal es recibida en el lado opuesto de la conducción por la segunda sonda que lo transforma en una seFal elctrica. =ay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidosD

"scar #anuel $osales Ardian 15

Automatización y Control Industrial

-  Dopler: #iden los cambios de frecuencia causados por el flujo del l>quido. *e colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se enB>a una seFal de frecuencia conocida a traBs del l>quido.

-

Transito: Tienen transductores colocados

a ambos lados del flujo. *u configuración es tal que las ondas de sonido Biajan entre los dispositiBos con una inclinación de quido.

TIPOS DE SENSORES DE CAUDAL )entro de los tipos de sensores tenemos deD 

MEDICION DIRECTA!  Consiste en un flotador ubicado en el seno del liquido y conectado al e;terior del tanque indicando directamente el niBel sobre una escala graduada.

"scar #anuel $osales Ardian 16

Automatización y Control Industrial •

 Medidor de sonda: Consiste en una Barilla o regla graduada de longitud

conBeniente para introducirla dentro del depósito.

•

 Medidor de cinta y plomada: En este sistema se sondea desde la parte

superior del silo la superficie del producto y se compara con la altura del silo. •

 Medidor de nivel de cristal: consiste en un tubo de Bidrio con sus

e;tremos conectador a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos al estanque generalmente mediante tres BálBulas dos de cierre de seguridad en los e;tremos del tubo para impedir el escape del l>quido en caso de rotura del cristal y una de purga. •

 Medidor de flotante: Consiste en un flotador pero que en este caso se

utiliza para la medición continua de niBel.



MEDICION DE $RESION 'IDROSTATICA O FUERZA! Consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior del tanqueN el manómetro mide la presión debida a la altura del que e;iste entre el niBel del tanque y el eje del instrumento se tieneD #edidor #anomtrico

•

 Medidor de membrana: *e utiliza comGnmente como sOitc de

materiales áridos.

"scar #anuel $osales Ardian 17

Automatización y Control Industrial •

 Medidor de tipo burbujeo: *e mide la presión idrostática en un tanque

insertado un tubo delgado en el liquido y aplicando el aire comprimido en el tubo de modo que se empuja acia abajo la columna del liquido del tubo asta que salgan burbuja de aire al liquido.

•

 Medidor de presión diferencial de diafragma:  Este mtodo se basa en

la medición de la presión idrostática correspondiente a una columna de l>quido de una altura determinada.

•

 Medidor por desplazamiento: *e basa en la diferencia entre el peso del

cuerpo y la fuerza de flotación acia arriba que el medio ejerce sobre el cuerpo de desplazamiento.



MEDICION DE CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL L(#UIDO)

•

 Medidor conductivoD Este mtodo es solo adecuado para detección de

niBel en l>quidos conductiBo.

•

 Medidor capacitivo: Consiste en un electrodo que se encuentra en las

paredes del tanque.

"scar #anuel $osales Ardian 18

Automatización y Control Industrial •

 Medidor ultrasónico: *e basa en el tiempo de retorno de un pulso de

sonido emitido por un sensor.

•

 Medidores Inductivos: (os sensores inductiBos son una clase especial

de sensores que sirBe para detectar materiales metálicos ferrosos.

•

 Medidores ópticos: Es un dispositiBo electrónico que corresponde al

cambio de la intensidad de la luz.

•

 Medidores Magnticos: El conductor es el l>quido y es la seFal

generada esta seFal es captada por dos electrodos rasantes con la superficie interior del tubo y diametralmente opuestos.

ANEXOS 

$IST&N! Es el más comGn de los sensores de flujo. Este tipo de sensor de flujo se

recomienda cuando

se requiere detectar caudales entre 6, (P# y 76 (P#. Consiste en un pistón que cambia de posición

"scar #anuel $osales Ardian 19

Automatización y Control Industrial empujado por el flujo circulante. El pistón puede regresar a su posición inicial por graBedad o por medio de un resorte.



$ALETA *COM$UERTA+! Este modelo es recomendado para medir grandes caudales de más de 76 (P#. *u mecanismo consiste en una paleta que se ubica transBersalmente al flujo que se pretende detectar. El flujo empuja la paleta que está unida a un eje que atraBiesa ermticamente la pared del sensor de flujo y apaga o enciende un interruptor en el e;terior del sensor.



ELEVACI&N *TA$&N+! Este modelo es de uso general. Es muy confiable y se puede ajustar para casi cualquier caudal. *u mecanismo consiste en un tapón que corta el flujo. )el centro del tapón surge un eje que atraBiesa ermticamente la pared del sensor. Ese eje empuja un interruptor ubicado en el e;terior del sensor.

SENSOR DE FLUJO

L(#UIDOS $%RDIDA E"ACTITU MEDIDAS  EFECTO COSTE RECOMENDADO DE D T($ICA DIÁMETRO VISCOS RELATIV S $RESI&N EN , S O O

O./0//

(>quidos sucios y limpiosN algunos l>quidos Biscosos

#edio

7 a < of full scale

56 a :6

Alto

ajo

T V./

(>quidos Biscosos sucios y limpios

ajo

5

, a 76

Alto

#edio

"scar #anuel $osales Ardian 2

Automatización y Control Industrial

T $/

(>quidos limpios

#uy bajo

: a ,

76 a :6

ajo

ajo

T./

(>quidos limpios y Biscosos

Alto

6.7,

, a 56

Alto

Alto

E.:;quidos sucios y limpiosN l>quidos Biscosos y conductores

&o

6.,

,

&o

Alto

U.=>/) *D??.+

(>quidos sucios y l>quidos Biscosos

&o

,

, a :6

&o

Alto

U.=/) *T/:-0-.@+

(>quidos limpios y l>quidos Biscosos

&o

5 a ,

, a :6

&o

Alto



CÁLCULO DEL VOLUMEN #ide el anco la longitud y la altura del agua en metros. #ultiplica el anco la longitud y la altura para calcular el Bolumen en metros cGbicos. (a fórmula es 0 Q R;(;= donde 0 es el Bolumen R es el anco ( es la longitud y = es la altura. Para conBertir los metros cGbicos a litros multiplica por 5.666. )e metros cGbicos a galones multiplica por 7-o debajo del grifo o la BálBula de escape. Abre la BálBula y usa el cronómetro para medir el tiempo que fluye el agua durante 5, segundos ) #ide el nGmero de litros o galones en el recipiente y diBide esa cifra entre 5,. Esto te da el caudal en litros por segundo o galones por

"scar #anuel $osales Ardian 21

Automatización y Control Industrial segundo. (a fórmula es 3 Q 0KT donde 3 es la Belocidad del flujo 0 es el Bolumen y T es el tiempo. Para conBertir a litros por minuto o galones por minuto multiplica el nGmero obtenido anteriormente por