Automatización de dos hornos para la recuperación de plomosauron.etse.urv.es/public/PROPOSTES/pub/pdf/563pub.pdf · 1.7.13 Pantalla de Configuración del PID de Gas Natural 53

Automatización de dos hornos para larecuperación de plomo

AUTOR: Josep Rodó BoladerasDIRECTOR: Lluis Guasch Pesquer

Titulación: Enginyeria Tècnica Industrial en Electricitat

Fecha Presentación: Septiembre-2004

Automatización de dos hornos para la recuperación de plomo Índice

I1

0 INDICE0

1 MEMORIA DESCRIPTIVA1

1.1 OBJETO 1

1.2 ANTECEDENTES 1

1.3 DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 2

1.4 FUNDAMENTOS SOBRE FUSIÓN DE PLOMO 3

1.4.1 Componentes 3

1.4.2 Definición de estadios 4

1.4.3 Balance Energético 6

1.5 COMBUSTIÓN: PRINCIPALES CONCEPTOS 8

1.5.1 Definición 8

1.5.2 Tipos de Combustión 8

1.5.3 Tipos de Llama 9

1.5.4 Ventajas de la Combustión con Oxígeno 9

1.6 SOLUCIÓN ADOPTADA 11

1.6.1 Fuente de Suministro de Oxígeno Líquido 11

1.6.2 El fraccionamiento del Aire 11

1.6.3 Estación Gasificadora 14

1.6.4 Instrumentación del Bastidor 16

1.6.5 Válvulas de bola 16


I2

1.6.6 Regulador/Reductor de presión de Oxígeno y Aire 18

1.6.7 Regulador/Reductor de presión de Gas Natural 20

1.6.8 Indicador de presión con contactos inductivos 22

1.6.9 Indicador de Temperatura Local 24

1.6.10 Caudalímetros másicos 25

1.6.11 Válvulas de Control 28

1.6.12 Electroválvulas 31

1.6.13 Control de Presión 32

1.6.14 Caudalímetros de Área Variable 34

1.6.15 Válvulas de Seguridad 35

1.6.16 Soplantes de Aire de Barrido 36

1.6.17 Cuadro de Control 37

1.6.18 Envolvente metálica 38

1.6.19 Autómata Programable 38

1.6.20 Interfaz Hombre Máquina (Pantalla Táctil) 40

1.6.21 Variador de Frecuencia 42

1.7 FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN 43

1.7.1 Pantalla de Introducción 43

1.7.2 Pantalla Parámetros Principales 44

1.7.3 Pantalla de Parámetros del Menú de Arranque 45

1.7.4 Pantalla de Alarmas 46


I3

1.7.5 Pantalla de Rotaciones 46

1.7.6 Pantalla de P&ID de Oxígeno 47

1.7.7 Pantalla de P&ID de Gas Natural 48

1.7.8 Pantalla de P&ID de Aire Soplante e Instrumentos 49

1.7.9 Pantalla Regulador de Oxígeno 49

1.7.10 Pantalla de Configuración del PID de Oxígeno 51

1.7.11 Pantalla de Alarmas del PID de Oxígeno 51

1.7.12 Pantalla Regulador de Gas Natural 52

1.7.13 Pantalla de Configuración del PID de Gas Natural 53

1.7.14 Pantalla de Alarmas del PID de Gas Natural 53

1.7.15 Pantalla Regulador de Temperatura 54

1.7.16 Pantalla de Configuración del PID de Temperatura 54

1.7.17 Pantalla de Alarmas del PID de Temperatura 55

1.8 NORMATIVAS 55

1.9 BIBLIOGRAFÍA 56

2 MEMORIA DE CÁLCULO57

2.1 ESPECIFICACIÓN DE MATERIALES 58

2.1.1 Estación Gasificadora de Oxígeno 58

2.1.2 Materiales Bastidor de Oxígeno 62

2.1.3 Materiales Bastidor de Gas Natural 77

2.1.4 Materiales Bastidor de Aire Comprimido y Aire Soplante 88


I4

2.2 CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO DEL RATIO DECOMBUSTIÓN

97

2.3 CÁLCULO DE CONSUMOS 98

2.4 CÁLCULO DE DIÁMETROS DE TUBERÍA 99

2.5 ASPECTOS ELÉCTRICOS DEL CUADRO 103

2.5.1 Fuentes de Alimentación 103

2.5.2 Secciones Eléctricas 104

2.6 LISTADO DE ENTRADAS Y SALIDAS 105

2.7 DIAGRAMAS DE FLUJO 106

2.7.1 Diagrama de Flujo para Control de Alarmas 106

2.7.2 Diagrama de Flujo para Control de Encendido 107

2.8 PROGRAMACIÓN AUTÓMATA 108

2.9 PROGRAMACIÓN PANTALLA TÁCTIL 109

3 PLANOS110

3.1 PFC-CX-0000 -

3.2 PFC-CX-0001 -

3.3 PFC-CX-0002 -

3.4 PFC-CX-0003 -

3.5 PFC-CX-0004 -

3.6 PFC-CX-0005 -

3.7 PFC-CX-0006 -


I5

3.8 PFC-CX-0007

4 PRESUPUESTO111

4.1 ESTACIÓN GASIFICADORA 111

4.2 EQUIPOS DE OXÍGENO 113

4.3 EQUIPOS DE GAS NATURAL 117

4.4 EQUIPOS DE AIRE Y ELEMENTOS VARIOS 120

4.5 CUADRO ELÉCTRICO 122

4.6 ACOMETIDA A HORNOS 127

4.7 RESUMEN DE TOTALES 129

4.8 TOTAL PRESUPUESTO 130

5 PLIEGO DE CONDICIONES131

5.1 CONDICIONES GENERALES 131

5.2 REGLAMENTOS Y NORMAS 131

5.3 MATERIALES 131

5.4 EJECUCIÓN DE LAS OBRAS 132

5.4.1 Comienzo 132

5.4.2 Plazo de Ejecución 132

5.4.3 Libro de Ordenes 132

5.5 INTERPRETACION Y DESARROLLO DEL PROYECTO 133

5.6 OBRAS COMPLEMENTARIAS 133


I6

5.7 MODIFICACIONES 133

5.8 OBRA DEFECTUOSA 133

5.9 MEDIOS AUXILIARES 133

5.10 CONSERVACIÓN DE LAS OBRAS 133

5.11 RECEPCIÓN DE LAS OBRAS 134

5.11.1 Recepción Provisional 134

5.11.2 Plazo de Garantía 134

5.11.3 Recepción Definitiva 134

5.12 CONTRATACIÓN DE LA EMPRESA 134

5.12.1 Modo de Contratación 134

5.12.2 Presentación 134

5.12.3 Selección 134

5.13 FIANZA 135

5.14 CONDICIONES ECONÓMICAS 135

5.14.1 Abono de la Obra 13

5.14.2 Precios 135

5.15 REVISIÓN DE PRECIOS 135

5.16 PENALIZACIONES 136

5.17 CONTRATO 136

5.18 RESPONSABILIDADES 136

5.19 RESCISIÓN DEL CONTRATO 136


I7

5.19.1 Causas de rescisión 136

5.20 LIQUIDACIÓN EN CASO DE RESCISIÓN DEL CONTRATO 137

5.21 CONDICIONES FACULTATIVAS 137

5.21.1 Normas a seguir 137

5.21.2 Personal 138

5.21.3 Reconocimientos y ensayos previos 138

5.21.4 Ensayos 138

5.22 EQUIPOS ELÉCTRICOS 139

5.22.1 Generalidades 139

5.22.2 Cuadros Eléctricos 141

5.22.3 Red de Puesta a Tierra 142

5.22.4 Instalaciones de Acometidas 142

5.22.5 Protección contra descargas atmosféricas 142

6 ANEXO143

6.1 INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL 143

6.2 TERMINOLOGÍA 143

6.2.1 Rango del Instrumento 144

6.2.2 Cero del Instrumento 144

6.2.3 Span del Instrumento 144

6.2.4 Rangeabilidad del Instrumento 144

6.2.5 Clase o Precisión 144


I8

6.2.6 Error del Equipo 144

6.2.7 Histéresis 145

6.2.8 Banda Muerta 146

6.2.9 Ejemplo 146

6.3 NOMENCLATURAS EN INSTRUMENTACIÓN 146

6.3.1 Instrumentos Ciegos 149

6.3.2 Instrumentos Indicadores 150

6.3.3 Instrumentos Registradores 150

6.3.4 Elementos Primarios 150

6.3.5 Transmisores 150

6.3.6 Tipología de señales 151

6.3.7 Unidades de Ingeniería 152

6.3.8 Transductores 153

6.3.9 Convertidores 153

6.3.10 Receptores 153

6.3.11 Controladores 153

6.3.12 Actuadores 153

6.4 PRESIÓN 154

6.4.1 Clases de Presión 154

6.4.2 Presión Atmosférica 155

6.4.3 Presión Absoluta 155


I9

6.4.4 Presión Relativa 155

6.4.5 Presión Diferencial 156

6.4.6 Vacío 156

6.4.7 Unidades de Presión 156

6.4.8 Clases de Instrumentos para la Medida de Presión 157

6.4.9 Instrumentos Mecánicos 158

6.4.10 Instrumentos Electromecánicos y Electrónicos 162

6.4.11 Instrumentos Mecánicos, Electromecánicos y Electrónicos paramedida de Vacío

165

6.5 TEMPERATURA 169

6.5.1 Medición de temperatura mediante variaciones de volumen y estado 169

6.5.1.1 Termómetros de vidrio 169

6.5.1.2 Termómetros de Bulbo y Capilar 170

6.5.1.3 Termómetros bimetálicos 170

6.5.2 Medición de temperatura mediante resistencia de conductores 171

6.5.2.1 Características de los metales conductores 171

6.5.2.2 Principio de funcionamiento 173

6.5.3 Termistores 175

6.5.4 Termopares 175

6.5.4.1 Tipología y Leyes fundamentales 176

6.5.5 Pirómetros de radiación 178

6.5.5.1 Pirómetros ópticos 179


I10

6.5.5.2 Pirómetros de infrarrojos 180

6.5.5.3 Pirómetros fotoeléctricos 180

6.5.5.4 Pirómetros de radiación total 180

6.5.6 Características de los medidores de temperatura 181

6.6 CAUDAL 182

6.6.1 Medidores de Presión Diferencial 182

6.6.1.1 Placa de orificio 184

6.6.1.2 Tubo Venturi 184

6.6.1.3 Tubo de Pitot 185

6.6.1.4 Medidores de impacto 186

6.6.2 Medidores de Velocidad 186

6.6.2.1 Medidor de turbina 186

6.6.2.2 Medidor electromagnético 187

6.6.2.3 Medidor vortex y torbellino 188

6.6.2.4 Medidor ultrasónico 190

6.6.3 Medidores de Área Variable 191

6.6.3.1 Rotámetro 191

6.6.4 Medidores Másicos 193

6.6.4.1 Medidor másico térmico 193

6.6.4.2 Medidor de Coriolis 195

6.6.5 Medidores Volumétricos 198


I11

6.6.5.1 Medidor de desplazamiento positivo 198

6.7 NIVEL 199

6.7.1 Medición de Nivel de Líquidos 199

6.7.1.1 Medidores directos 199

6.7.1.1.1 Medidor de sonda 199

6.7.1.1.2 Nivel de cristal 200

6.7.1.1.3 Instrumento de flotador 200

6.7.1.2 Medidores de presión hidrostática 201

6.7.1.2.1 Medidor manométrico 201

6.7.1.2.2 Medidor de membrana 202

6.7.1.2.3 Medidor de burbujeo 202

6.7.1.2.4 Medidor de presión diferencial 202

6.7.1.3 Medidores por características eléctricas 203

6.7.1.3.1 Medidor resistivo 203

6.7.1.3.2 Medidor capacitivo 203

6.7.1.3.3 Medidor ultrasónico 204

6.7.1.3.4 Medidor de radiación 204

6.7.1.3.5 Medidor láser 205

6.7.2 Tabla Resumen 205

6.7.3 Medición de Nivel de Sólidos 206

6.7.3.1 Detectores de nivel de punto fijo 207

6.7.3.1.1 Diafragma 207

6.7.3.1.2 Cono suspendido 207


I12

6.7.3.1.3 Varilla flexible 207

6.7.3.1.4 Medidor conductivo 208

6.7.3.1.5 Paletas rotativas 208

6.7.3.2 Medidores de nivel continuo 209

6.7.3.2.1 Sondeo electromecánico 209

6.7.3.2.2 Báscula 210

6.7.3.2.3 Capacitivo 210

6.7.3.2.4 Presión diferencial 210

6.7.3.2.5 Ultrasonidos 210

6.7.3.2.6 Radiación 210

6.7.4 Tabla Resumen 211

6.8 OTRAS VARIABLES 213

6.8.1 Variables Físicas 213

6.8.1.1 Peso 213

6.8.1.1.1 Células de carga a base de galgas extensiométricas 214

6.8.1.1.2 Células de carga hidráulicas 215

6.8.1.1.3 Células de carga neumáticas 215

6.8.1.2 Velocidad 215

6.8.1.2.1 Tacómetro de corrientes parásitas 216

6.8.1.2.2 Tacómetro de corriente alterna 216

6.8.1.2.3 Dínamo tacométrica 216

6.8.1.2.4 Tacómetro de frecuencia 217


I13

6.8.1.3 Humedad y Punto de rocío 217

6.8.1.3.1 Elemento de cabello 218

6.8.1.3.2 Bulbo seco y Bulbo húmedo 218

6.8.1.3.3 Célula de cloruro de litio 218

6.8.1.3.4 Sensor de polímero 219

6.8.1.3.5 Conductividad 219

6.8.1.3.6 Capacidad 220

6.8.1.3.7 Radiación 220

6.8.1.3.8 Cámara de niebla 221

6.8.1.3.9 Célula de cloruro de litio 221

6.8.1.3.10 Analizador de infrarrojos 221

6.8.1.4 Llama 222

6.8.1.4.1 Detección de calor 222

6.8.1.4.2 Detección por ionización - rectificación 222

6.8.1.4.3 Detectores por radiación 223

6.8.1.5 Oxígeno Disuelto 223

6.8.2 Variables Químicas 224

6.8.2.1 pH 224

6.8.2.1.1 Electrodo de vidrio 224

6.8.2.1.2 Electrodo de transistor 225

6.8.2.2 Redox 225

6.8.2.3 Analítica de gases 226

6.8.2.3.1 Conductividad térmica 226


I14

6.8.2.3.2 Analizadores paramagnéticos 227

6.8.2.3.3 Analizador de infrarrojos 227

6.9 ELEMENTOS FINALES DE CONTROL 228

6.9.1 Tipología de Válvulas 228

6.9.1.1 Válvula de globo 228

6.9.1.2 Válvula en ángulo 228

6.9.1.3 Válvula de jaula 229

6.9.1.4 Válvula de compuerta 229

6.9.1.5 Válvula en Y 230

6.9.1.6 Válvula de cuerpo partido 230

6.9.1.7 Válvula Saunders 231

6.9.1.8 Válvulas de compresión 231

6.9.1.9 Válvulas de obturador excéntrico rotativo 231


I15

6.9.1.10 Válvulas de obturador cilíndrico excéntrico 232

6.9.1.11 Válvulas de mariposa 232

6.9.1.12 Válvulas de bola 232

6.9.1.13 Válvulas de orificio ajustable 233

6.9.1.14 Válvulas de flujo axial 233

6.9.2 Cuerpo de la Válvula 233

6.9.3 Tapa de la Válvula 235

6.9.4 Partes Internas de las Válvulas. Obturador y Asientos 235

6.9.5 Dimensionado de la Válvula: Coeficientes KV y CV236

6.9.5.1 Fórmula General 236

6.10 CLASIFICACIÓN DE ÁREAS 239

6.10.1 Definición 239

6.10.2 Definición de las zonas con riesgos de explosión 240

6.10.3 Identificación y marcaje 241

6.10.4 Modos de protección 242

6.10.5 Clasificación de gases en grupos de explosión 242

6.10.6 Clases de temperaturas 243

Automatización de dos hornos para la recuperación de plomo Memoria descriptiva

1

1 MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1 OBJETO El objeto de este proyecto es establecer el conjunto de bases técnicas para la perfecta

comprensión de un proyecto de automatización de dos hornos existentes de fusión de plomo mediante tecnología de oxígeno + gas natural en la factoría que “Sociedad Española de Acumuladores Tudor” dispone en la localidad de Cubas de la Sagra provincia de Madrid.

La actuación sobre los hornos forma parte de una actuación integral para incrementar la productividad y disminuir las emisiones originadas por la actual combustión de aire + fuel.

1.2 ANTECEDENTES En la actualidad “Acumuladores Tudor” dispone de dos hornos para fusión de plomo

de recuperación. La combustión, tal y como se ha comentado anteriormente, se realiza mediante quemadores de aire + fuel.

El uso de fuel como combustible obliga a ubicar la fuente de suministro lo mas cerca posible de los hornos, pues como combustible líquido, su densidad depende enteramente de la temperatura, y es condición imprescindible el transporte del mismo a unas condiciones determinadas de temperatura (50º aprox.).

Este hecho implica que las líneas de regulación deban usar bombas de aspiración y calentadores, pues el fuel se almacena en depósitos a presión atmosférica que son rellenados mediante camiones cisternas periódicamente.

Otro inconveniente que plantea el uso de fuel como combustible, es que deben sobredimensionarse los diámetros de los conductos de transporte, pues en las sucesivas maniobras de encendido y apagado del horno, el fuel desciende de temperatura, se solidifica y acaba ocupando el diámetro de las tuberías, con lo cual este va disminuyendo.

Al sustituir el gas natural por fuel, reducimos costes en la instalación, pues siempre se mantiene en fase gas indistintamente de la temperatura ahorrándonos la instalación de bombeo y de calentamiento. Es sumamente mas limpio y la compañía suministradora (en función de la presión demandada) nos garantiza la presión de trabajo necesaria, así como el caudal ininterrumpido; no existen maniobras de descarga, pues el gas se suministra a través de la línea general de distribución.

En cuanto al comburente, en la actualidad, se usa aire atmosférico que es captado desde los quemadores mediante una ventilación forzada. El aire se compone aproximadamente de un 79% de Nitrógeno y un 21% de Oxígeno. El Nitrógeno es un gas inerte que no participa activamente en la combustión, pero como forma parte del aire, debe salir por la chimenea, este generalmente lo hace mediante forma de NOx, perjudiciales para el medio ambiente. Además el nitrógeno debe calentarse, con lo cual es necesario invertir parte del calor de la combustión en calentar el Nitrógeno aumentando el consumo de combustible.


2

Mediante el uso de Oxígeno, solucionamos estos problemas, pues al suministrarlo en estado puro (99.9%) eliminamos el nitrógeno de la combustión con lo cual los gases de salida están exentos de NOx, y todo el calor generado se usa solamente para fundir el plomo.

El inconveniente se encuentra en que debe construirse una estación de suministro de oxígeno. Que generalmente y en función del consumo será de oxígeno líquido. El Oxígeno tiene un coste como materia prima del cual carece el aire, pues este último es gratuito, así y todo los beneficios de productividad y emisiones medioambientales, justifican el coste del uso de oxígeno como comburente.

1.3 DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN La planta de recuperación de plomo a grandes trazos, está formada por las siguientes

áreas:

Zona de recepción de materia prima: En este caso es una almacén subdividido donde descargan los distintos tipos de materia prima como baterías de vehículos, plomo usado en conductos etc. En este almacén se clasifican los materiales por su tipología.

Zona de tratamiento de materias primas: En el caso de las baterías, debe separarse el plomo de otros materiales tales como Plásticos y otros metales, así como separar el ácido que puedan llevar. También debe triturarse el plomo residual para convertirlo en pedazos uniformes en cuanto a tamaño que sean aptos para el horno.

Zona de almacenamiento de plomo para fusión: Una vez el plomo está separado, este se almacena en un almacén anexo a los hornos. Aquí el plomo está dispuesto para su introducción en el horno.

Zona de almacenamiento de materiales complementarios a la fusión: En función del tipo de plomo a obtener, debe añadirse a la fusión componentes férricos o de cualquier otro tipo. Unos silos almacenaran los distintos tipos de componentes para los distintos tipos de fusión.

Zona de fusión: En una nave se encuentran los dos hornos de fusión de plomo de 15 Tm. cada uno de ellos. Mediante una carretilla habilitada para la misma, se cargan los hornos con los materiales correspondientes para el tipo de fusión deseada. Una vez el los hornos están cargados, se procede a la maniobra de encendido para dar paso al proceso de fundición que se definirá posteriormente.

Cámaras de Post-combustión: El elemento inmediatamente posterior a los hornos, es la cámara de post-combustión, cuya misión es la de precipitar las partículas inquemadas y reducir la temperatura de salida de los gases de escape a fin de proteger los filtros de mangas.

Zonas de filtración: Cada horno dispone de un sistema de filtraje para que las emisiones a la atmósfera, estén prácticamente libres de partículas y de gases nocivos para la atmósfera. Este sistema se compone de un Ciclón, un Filtro de Mangas y la chimenea con su correspondiente motor de regulación del tiro. El Ciclón, es un silo que contiene en su interior una estructura helicoidal, y al igual que la cámara de post-combustión se encarga de reducir la temperatura de los gases de escape y recoger la máxima cantidad posible de polvo. El filtro de mangas, aloja unos elementos filtrantes de distinto material textil y de diversa resistencia a la temperatura.


3

Los filtros de mangas son la última etapa de filtración antes de su salida a través de la chimenea, y es muy importante que los gases que llegan hasta los mismos, estén exentos de humedad y a una temperatura inferior a los 100º, pues estos podrían apelmazarse y quemarse respectivamente. En la propia estructura de los filtros de mangas, existe una red de aire comprimido que va soplando paulatinamente las mangas para liberar las partículas que en ellas se depositan. Al final de este conjunto esta la chimenea para evacuar los gases de la combustión. La velocidad de salida se regula mediante un motor extractor, que controla la velocidad de tiro.

Zona de Afino y Lingotaje: Una vez finaliza el proceso de fusión, el plomo fundido se trasvasa hacía unos recipientes y se traslada mediante un puente grúa hacía unos crisoles de afino, donde acaban de incorporarse materiales como azufre, para dotar a la fundición de sus condiciones finales. Una vez la mezcla está homogénea, se transfiere el contenido de los crisoles hacia la maquina de lingotar, para darle la forma definitiva al plomo ya refinado.

Zona de salida de material: El plomo una vez enfriado y en forma de lingotes, se traslada a una nave donde se almacena para su posterior salida a los centros de transformación.

Zona de almacenamiento de escoria: El proceso de fusión de plomo de recuperación, genera en el interior del horno, escoria que debe retirarse del horno para su posterior traslado a una zona de almacenamiento donde se transporta para su reciclaje o eliminación.

1.4 FUNDAMENTOS SOBRE FUSIÓN DE PLOMO Para comprender el proceso de fusión de plomo, es necesario conocer las partes que

intervienen en el mismo. Hay que conocer que materiales iniciales y el producto final que se obtiene al terminar la fusión. En este capitulo, se indicarán a título informativo las distintas reacciones que tienen lugar en los distintos estadios del proceso.

Para finalizar, se presentaran las comparaciones establecidas en los distintos tipos de combustión (oxi-gas y aire-fuel).

1.4.1 Componentes

• Composición de la materia prima: Chatarra proveniente de baterías de vehículos con las siguientes composiciones → Sb2 (SO4)3

→ PbSO4

→ PbSb

→ PbO2

→ PbO

→ Sb y Pb


4

• Productos Auxiliares: Para obtener distintos tipos de plomo se añaden estos materiales: → Fe

→ Carbón

→ Flujo Básico (Na2CO3)

• Composición final de la Carga: En función del volumen geométrico del horno la composición final en el horno en el momento previo al encendido es la enumerada a continuación:

- Materia Prima : En función del volumen del horno.

- Carbón: ≈6% del volumen total de la materia prima.

- Hierro: ≈7% del volumen total de la materia prima.

- Flujo Básico: ≈1% del volumen total de la materia prima.

• Producto final: Una vez finalizado el proceso de fusión y en función del proceso de afino pueden obtenerse lingotes de plomo de alta pureza (97-99%) o lingotes con alto componente de antimonio (2-5%)

1.4.2 Definición de estadios Una vez conocemos a los protagonistas que forman parte de la recuperación,

definiremos los objetivos principales en este proceso. Aunque ya se ha definido con anterioridad, el objeto principal del proceso es la recuperación o reciclaje del plomo alojado en baterías (principalmente) y otros materiales como tuberías u otros que contengan plomo.

El proceso a seguir desde el punto de vista de la combustión, se compone de 3 estadios; un primer estadio cuya finalidad es la de eliminar toda la materia orgánica y otros restos como madera, PVC, etc. que no intervienen en el proceso de combustión. El segundo estadio llamado de Desulfurización se realiza mediante el hierro añadido en la carga. El proceso termina con el estadio de Reducción por carbón.

En la figura 1.1 que se representa a continuación, pueden verse los distintos estadios de fusión, y la evolución de la temperatura de la cámara de postcombustión, el ratio de combustión y el porcentaje de apertura de las válvulas durante el proceso. Podemos observar que en las primeras etapas, el ratio de combustión es oxidante (exceso de oxígeno); de esta manera se elimina todo el material orgánico y que no participa en el proceso. Esto repercute en un aumento de temperatura en la cámara de postcombustión.

Si pudiéramos detectar los humos que salen por la cámara de postcombustión, veríamos como en este estadio, existe una mayor carga de partículas en suspensión.

A medida que avanza el proceso, la temperatura desciende, y el ratio se convierte en reductor (menor presencia de oxígeno).


5

0 1,5 4,5 5

Quemado mat. orgánicay secado de la carga

Reducción y secadode la carga

Colada

tº (h)

Aper

tura

de

las

válv

ulas

O2

y G

as (%

)

1

2

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10

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100

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200

300

350

Figura 1.1. Estadios de Fusión

Los hornos empleados para la fusión, son de tipo rotativo (ver plano PFC-CX.0003 y PFC-CX-0004), y para optimizar el ciclo de fusión actuaremos sobre la rotación de los mismos.

Se definirán dos e incluso tres tipos de rotación:

• Rotaciones no-completas hacia un lado y otro: Uno de los grandes problemas en la recuperación de plomo, es la criba inicial de materia prima que se introduce en el horno. Demasiadas veces existen otros materiales como maderas, plásticos, otros metales que dificultan la fusión. Como se ha comentado anteriormente, existe un estadio de eliminación de estos materiales, pero provoca un incremento de los NOx, y un aumento de la opacidad de los gases de escape. Es necesario pues, evitar que en el horno puedan precipitarse estos materiales cuando este gira, así que el horno entra en una secuencia de giros alternativos hacía un lado y otro, sin completar vueltas enteras. Estas rotaciones las controla el operador manualmente.

• Rotación hacía un sentido a baja velocidad: Es el movimiento característico del horno que se produce en el segundo estadio o fase de Desulfurización. La composición del fundente y la existencia de escoria en el horno, hace necesaria la baja velocidad del horno. El operador, puede alternar el sentido de rotación.

• Rotación hacía un sentido a mayor velocidad: Se puede reconocer el estadio de Reducción por la casi nula opacidad de los gases de escape de combustión. Llegado a este momento, se aumentará la velocidad de rotación del horno.

Todas estas maniobras pueden controlarse automáticamente, es decir, puede ser el controlador de proceso el que establezca la frecuencia “velocidad” de rotación y el sentido de giro de los hornos; pero este no puede reconocer entre un estadio de fusión y otro. El capitulo de rotación siempre estará supervisado por el operador de planta, que decidirá bien sea por tiempo de fusión, temperatura u opacidad visual si el proceso ha efectuado un salto de estadio a estadio. La solución adoptada para la rotación, consistirá en la implementación de una pantalla de selección de velocidades, donde el operador seleccionará la velocidad adecuada.


6

1.4.3 Balance Energético Aunque no es la finalidad de este proyecto promover las virtudes del oxígeno como

factor determinante en la combustión, presentaremos un balance energético representado en un diagrama de Sankey (fig. 1.2.) comparando la combustión aire+fuel frente a la de oxi-gas.

Se observa que en el horno de aire (79% N2 + 21% O2) existen mas pérdidas por gases de escape que en el horno de Oxígeno. Esto es debido, tal y como desarrollaremos en el próximo capítulo, a que el nitrógeno no participa activamente en la combustión, pues este se va por el tiro de la chimenea, reduciendo la temperatura de la llama y la transferencia de calor. La temperatura de la llama es superior cuando la combustión es puramente con oxígeno, con lo cual las perdidas fijas ( puertas que se abren, perdidas en la pared, calor almacenado etc.) son superiores.

Húm

edo

HORNO

Aprovechable(0,48 kWh)

Energía INPUT

(1,20 kWh)

Calor de Carga

Perd. Fijas

Perdidas por Gases Escape(0,72 kWh) 60%

QUEMADOR AIRE

1 kg Plomo+

Prod. Auxiliares(20%)

ParedesAberturas

TransmisiónCalor almacenado paredes y

estruc.(0,16 kWh) 13%

Energía de salida(0,32 kWh) 27%

Húm

edo

HORNO

Aprovechable(0,47 kWh)

Energía INPUT

(0,60 kWh)

Calor de Carga

Perd. Fijas

Perdidas por Gases Escape(0,13 kWh) 22%

QUEMADOR OXÍGENO

1 kg Plomo+

Prod. Auxiliares(20%)

ParedesAberturas

TransmisiónCalor almacenado paredes y

estruc.(0,15 kWh) 25%

Energía de salida(0,32 kWh) 27%

Sec

o

Sec

o

Figura 1.2. Diagrama de Sankey


7

Acompaña al diagrama de Sankey, la figura 1.3. donde se representan las condiciones de proceso mediante las dos tecnologías de combustión (aire y oxígeno). En esta, podremos ver como la temperatura de llama es bastante mas superior cuando usamos como elemento comburente el oxígeno puro. Aunque para complementar las ventajas del oxígeno, debemos realizar algunas modificaciones en la geometría del horno, reduciendo el orificio de los gases de salida hacia la cámara de post-combustión.

1950 oC

Quemadoraire-fuel

Original

Salida dehumos

79% N221% O2

1200 oC

1950 oC1950 oC

Quemadoraire-fuel

Original

Salida dehumos

79% N221% O2

1200 oCQuemadoraire-fuel

Original

Salida dehumos

79% N221% O2


Original

Salida dehumos

79% N221% O2


Original

Salida dehumos

79% N221% O2


Original

Salida dehumos

79% N221% O2

79% N221% O2

1200 oC

Salida dehumos

Reducido

2750 oC

Quemadoroxi-gas

100% O2

1200 oC

Salida dehumos

Reducido

2750 oC

Quemadoroxi-gas

100% O2

1200 oC

Salida dehumos

Reducido

2750 oC

Quemadoroxi-gas

100% O2

1200 oC

1950 oC

1100 oC

1100 oC

Figura 1.3. Balance de Temperaturas


8

1.5 COMBUSTIÓN: PRINCIPALES CONCEPTOS Para implementar un sistema de control de combustión, hay que conocer

determinados conceptos sobre la fusión y sus principios. Esto nos ayudará a determinar ciertos parámetros muy importantes en el proceso, y que veremos a continuación.

1.5.1 Definición Es la reacción química exotérmica (con desprendimiento de calor) de una sustancia o

mezcla de sustancias, denominada combustible con oxígeno, bien sea en forma de aire (79% N2+21% O2) o en forma de oxígeno puro, denominado comburente.

La combustión se caracteriza por la formación de una llama de temperatura determinada, con el consiguiente desprendimiento de calor y determinados productos denominados humos.

La mayoría de combustibles, son cuerpos compuestos por Carbono y por Hidrógeno, que reaccionan al arder con oxígeno, produciendo Anhídrido Carbónico y Vapor de Agua.

En forma de igualdad se puede representar la combustión de la siguiente forma:

22222 NOHCONOHC ++=+++

Como se puede observar, en nitrógeno que entra, es igual al que sale, con lo cual hay que invertir una determinada potencia para calentarlo y expulsarlo por la chimenea. Además el nitrógeno puede reaccionar con determinados elementos, formando los temidos NOx tan perjudiciales para el medio ambiente.

En la combustión con oxígeno, la llama entra en contacto con la materia a calentar. La transmisión de calor se efectúa de forma convectiva y los productos de disociación emiten su energía de recombinación al material mas frío. El oxígeno reemplaza total o parcialmente al aire de combustión.

Por el contrario, en la combustión con aire, el nitrógeno se va por el tiro (chimenea), reduciendo la temperatura de la llama y la transferencia de calor.

1.5.2 Tipos de Combustión En función de la relación entre combustible y comburente, existen varios tipos de

combustión:

• Combustión Completa: Es aquella en la que se queman sustancias combustibles del combustible hasta el máximo grado posible de oxidación. Esto quiere decir que no tendremos sustancias combustibles en los hornos.

• Combustión Incompleta: Completamente contraria a la anterior. En esta se forman sustancias que aún serian aptas para la combustión, como el CO. Estas sustancias se denominan inquemados.


9

• Combustión Estequiométrica o Teórica: Es la que representará a este proyecto. Este tipo de combustión, se lleva a cabo con la mínima cantidad de aire para no producir inquemados. Esta combustión no contiene oxígeno en los humos. En la mayoría de los casos, es la combustión ideal, y la relación entre combustible y comburente, viene determinada por la igualdad del capítulo anterior.

• Combustión con Exceso de Aire: Es la que se lleva a cabo un exceso de aire superior al mínimo necesario. En determinados estadios de nuestro proyecto, podemos requerir a este tipo de combustión para eliminar los materiales orgánicos que puedan contener la carga.

• Combustión con Defecto de Aire: Es la que se lleva a cabo con menor cantidad de aire necesario. De esta manera se producen inquemados.

1.5.3 Tipos de Llama Podemos clasificar los tipos de llama, de la siguiente manera:

• Llamas de Difusión: Se produce cuando la mezcla del combustible con el comburente, se realiza en el instante de la combustión.

• Llamas Premezcladas: Es aquella en la cual la mezcla de los fluidos se realiza previo a la salida de los gases por la boquilla del quemador.

• Llamas Laminares: Ocurre cuando el transporte ocurre a través de procesos moleculares en movimiento paralelo y parabólico.

• Llamas Turbulentas: Cuando se sobrepasan las condiciones de velocidad del fluido, la llama se acorta y adopta un aspecto turbulento.

1.5.4 Ventajas de la Combustión con Oxígeno Tal y como se ha comentado anteriormente, el oxígeno no es la panacea en el sector

de la combustión. Determinados procesos de fusión son inviables para el oxígeno. Aunque se pueden enumerar algunas ventajas del uso del oxígeno frente al aire:

• Alta Temperatura de fusión fácilmente asequible: La entalpía generada en la reacción, se denomina calor de disociación. El aumento de oxígeno en el aire de combustión, provoca un descenso en el volumen de los gases con un consecuente aumento de la temperatura de combustión.

• Aumento del rendimiento de la fusión: Esto es consecuencia directa del punto anterior, pues la alta temperatura de fusión, provoca menores tiempos de procesos fundentes.

• Incremento de la producción: Al reducir los tiempos de fusión, pueden ejecutarse mas ciclos de fusión con el lógico aumento productivo.

• Ahorro de Combustible: La relación de combustión entre combustible y comburente, es menor cuando esta se realiza con oxígeno, ya que no se calienta el nitrógeno. Esto supone un menor consumo de combustible (en este caso gas). Ver figura 1.4.


10

Figura 1.4. Ahorro de Combustible

• Reducción de emisiones (partículas NOx): Tal y como se ha citado, en la definición de combustión, el hecho de introducir oxígeno puro, implica la no existencia en la atmósfera del horno de vapores de nitrógeno. El nitrógeno combinado con el oxígeno provoca emisiones perjudiciales para el medio ambiente. Actualmente la legislación permite expulsar a la atmósfera una cantidad que oscila entre los 2200 y 3500 mg. NOx/Nm3, pero próximamente esta cantidad descenderá hasta los 500 mg. NOx/Nm3.

• Reducción del consumo específico de energía: El nitrógeno no participa en el proceso de fusión, así que todo el que entra debe salir por el tiro de la chimenea. Para disociarlo del oxígeno, este debe calentarse a altas temperaturas. Si la combustión se realiza con oxígeno, disminuye el consumo específico de energía pues no debemos calentar el nitrógeno.

• Sustitución del precalentamiento de aire: En la mayoría de instalaciones donde la fusión se realiza con aire, es necesario (para incrementar el ahorro) precalentar el aire. Esto se realiza con grandes instalaciones de recuperadores de calor de gases de chimenea. Así se consigue que el aire entre en la cámara del horno a una temperatura que suele oscilar entre los 700-750ºC. Estas instalaciones además de caras son muy voluminosas.

• Reducción del nivel de ruido: Las pruebas realizadas en los distintos tipos de llama de oxígeno y aire, indican que las llamas de oxígeno y gas natural, generan un nivel inferior de contaminación acústica que las llamas de aire y gas.


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1.6 SOLUCIÓN ADOPTADA Después de presentar los antecedentes de la instalación, describir el proceso de

fusión y introducirnos en el mundo de la combustión, se presentará la solución adoptada para ejecutar la automatización. Para servirnos de ello, nos basaremos en el esquema P&ID (PFC-CX-0001) de la instalación.

Dividiremos la instalación en cuatro zonas, las cuales describiremos en los apartados siguientes:

- Fuente de suministro de Oxígeno Líquido

- Instrumentación del Bastidor

- Cuadro de Control

1.6.1 Fuente de Suministro de Oxígeno Líquido.

El oxígeno como comburente, debe ser almacenado en depósitos a presión (≈15 bar) y en estado criogénico (-196C). A esta temperatura, el oxígeno adopta forma líquida. Esto es ventajoso, pues los líquidos, a diferencia de los gases son fluidos incompresibles, y este hecho permite poder almacenar mayor cantidad de oxígeno en depósitos de menor tamaño, pues si almacenáramos oxígeno en forma de gas, el volumen del depósito sería ocupado por el gas, con lo cual requeriríamos de depósitos desproporcionados para almacenarlo.

Antes de iniciar la descripción de la fuente de suministro, realizaremos un breve inciso para definir brevemente el principio de funcionamiento del fraccionamiento de aire, que es la manera de obtener oxígeno en forma líquida.

1.6.2 El fraccionamiento del Aire En la figura 1.5., podemos observar la composición del aire. Si observamos, el

componente mayoritario con aproximadamente un 78,09% es el Nitrógeno, seguido del oxígeno con un 20.95%. Después el porcentaje de componentes disminuye drásticamente con un 0.93% para el Argón y un 0.003% de gases residuales como el Neón, el Helio, el Kriptón y el Xenón.

Independientemente de estos componentes, el aire atmosférico, que es la materia prima para la producción de los anteriores gases contiene los siguientes componentes e impurezas que perturban el proceso del fraccionamiento del aire:

• Polvo

• Agua

• Dióxido de Carbono

• Hidrocarburos (metano, acetileno etc...)

Previo a cualquier proceso de fraccionamiento, la calidad del aire debe mejorarse mediante el uso de procedimientos adecuados (filtrado, congelación, condensación adsorción etc.)


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Otros (0,03%)

Nitrógeno (78,09%)

Oxígeno (20,95%)

Argón (0,93%)

Figura 1.5. Contenido del Aire

Para descomponer el aire en sus componentes, ha de licuarse una parte de la cantidad de aire empleado en el proceso.

Generalmente, solo puede licuarse un gas con las condiciones de temperatura y de presión inferiores a su punto crítico. El punto crítico del aire es: Tcrit: -140.7ºC y Pcrit: 37.7 bar. Es decir, que el aire solo puede licuarse a temperaturas inferiores a –140.7ºC.

La rectificación tiene el mismo significado que la destilación en contracorriente. Mediante este procedimiento de separación, se pueden obtener los componentes de una mezcla de materiales con alta pureza y al mismo tiempo buen rendimiento, incluso si sus puntos de ebullición son relativamente próximos.

Debido a las diferentes presiones del vapor de cada componente (PN2>PO2), el vapor tiene una composición diferente de la mezcla de líquido. Durante el proceso de evaporación, el componente con una presión parcial superior pasa a la fase de vapor con mayor intensidad.

El vapor que se produce de una mezcla de líquidos de O2/N2 en estado de ebullición, tendrá pues una concentración superior de N2 que la mezcla de líquidos de la que procede.

Análogamente, el condensado que se produce durante la licuación de la mezcla de vapor de O2/N2 , tendrá una concentración superior de O2, ya que el componente con una presión parcial inferior pasa preferentemente a la fase líquida.

El oxígeno únicamente puede ser condensado de forma continua desde un vapor de O2 en estado muy puro, y el nitrógeno, solo puede evaporarse de un líquido de N2 ya puro. Estas condiciones, se realizan en una columna de rectificación. Su principio de funcionamiento es la conducción en contracorriente del líquido y del vapor.


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El líquido y el vapor se ponen en contacto intensivo en los fondos instalados en la columna. Se acumula el líquido hasta un nivel determinado, y el vapor ascendiente penetra desde abajo en el líquido a través de las perforaciones finas del suelo. Se condensa una parte del vapor, y el oxígeno, el componente con la presión parcial inferior, pasa preferentemente al estado líquido. El calor de condensación emitido durante este proceso produce la evaporación de una cantidad de líquido correspondiente, presentando el vapor producido una concentración de N2 superior.

De esta manera, el líquido descendiente de la cabeza de la columna, se enriquece con oxígeno de piso a piso, el vapor ascendiente cada vez es mas rico en nitrógeno, pero una cantidad determinada ha de condensarse y volver a introducirse en la cabeza de la columna como retorno. De igual modo solo puede extraerse una parte del oxígeno producido en el evaporador como producto, puesto que ha de permanecer una cantidad de vapor de O2 determinada en la columna. A continuación se representa el esquema de una columna de destilación o “caja fría”, lugar donde se realiza todo el proceso criogénico (fig. 1.6.)

Figura 1.6. Torre de Destilación


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1.6.3 Estación Gasificadora Se puede definir una estación gasificadora, como aquel recinto que será capaz de

albergar los elementos necesarios para convertir el líquido criogénico en gas, con las medidas de seguridad necesarias. Dichos elementos y medidas de seguridad, pueden definirse de la siguiente manera:

• Depósito criogénico

• Gasificador atmosférico

• Elementos de seguridad

• Equipo de regulación

Otros elementos necesarios son:

• Valla metálica de 2 m de altura con puerta (con candado) de acceso de 1 m de anchura.

• Instalación una pica de tierra de cobre de 10 mm de diámetro y 3 m de longitud, con caja de registro.

• Conexionado del depósito, vaporizadores, valla metálica y base para descarga de la cisterna, a la pica de tierra a colocar en las proximidades, usando un cable desnudo de 35 mm2 de sección.

• Instalación una toma de agua de red en las proximidades de los gasificadores con grifo de ½” y manguera, con el objeto de poder realizar el deshielo de los equipos y accesorios criogénicos.

Salvaguardando al depósito criogénico, el elemento principal en la estación gasificadora, es el evaporador o intercambiador. Los intercambiadores atmosféricos, consisten en estructuras metálicas de tubo de acero inoxidable con aletas de aluminio. El líquido criogénico circula por el interior del tubo y debido a la temperatura exterior, se gasifica, pasando a su estado de gas. La capacidad de intercambio de los evaporadores, vendrá determinada por el número de tubos aleteados que tenga y la altura de los mismos, y se diseñarán en función del caudal de oxígeno que requiera el proceso.

En instalaciones (como la de este proyecto), con grandes necesidades de gasificación, es necesario colocar baterías de gasificadores que funcionaran alternativamente. Para ello se implementa un pequeño control que abrirá cíclicamente (en función de la temperatura de la línea) las Electroválvulas EV-1001 y EV-1002. Cada electroválvula incorpora un final de carrera para garantizar la posición de apertura o cierre de las mismas.

Este procedimiento se realiza para no colapsar a los evaporadores, pues en momentos de gran consumo, pueden congelarse totalmente y dejar de prestar servicio.

En la figura 1.7. apreciamos el alzado de una instalación gasificadora tipo.


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9 Regulador de presión8 Válvula emergencia fase gas

1 Deposito criogenico

3 Válvula de seguridad fase liquido4 Válvula criogénica5 Válvula de emergencia fase líquida

2 Gasificador atmoferico

7 Válvula de bola6 Válvula de seguridad fase gas

10 Armario

Figura 1.7. Alzado Estación Gasificadora

Además de los elementos de la estación, la reglamentación de aparatos a presión en su normativa MIE AP 10. Especifica que deben cumplirse unas distancias de seguridad desde los depósitos hasta determinadas ubicaciones, en función del volumen del tanque y del contenido del mismo. Podemos ver estas distancias en la tabla 1.1.

Tabla 1.1. Distancias mínimas a riesgos diversos


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Finalmente, en el plano PFC-CX-0002 pueden verse las dimensiones mínimas para un recinto que tenga que albergar depósitos criogénicos.

1.6.4 Instrumentación del Bastidor A continuación se enumeraran todos los elementos que formaran parte de la

instalación, describiendo su principio de funcionamiento, y su labor dentro del proceso. No es menester de este apartado la comparación entre los diversos instrumentos, sino presentar el principio de trabajo de los equipos que formaran parte del bastidor. Será en la memoria de cálculo donde se seleccionará el sensor/instrumento adecuado en función de una serie de características. Además, dentro de este proyecto se incluye un amplio capítulo de introducción a la instrumentación industrial, donde se compararan los distintos instrumentos para las distintas variables de proceso.

Todos los equipos aquí descritos se basan en el diagrama de proceso, y podemos ver al mismo en el plano P&ID PFC-CX-0001

1.6.5 Válvulas de bola (V-1101/V-1102/V-1103/V-1104/V-1105/V-1106/V-1107/V-1108/V-1109/V-1110/V-1201/V-1202/V-1203/V-1204/V-1205/V-1206/V-1207/V-1208/V-1209/V-1210/V-6101/V-6102/V-6103/V-6104/V-6201/V-6202/V-6203/V-6204/V-2101/V-2001/V-2002) La función de estas válvulas dentro del proceso será la de cortar el suministro

manualmente y/o independizar zonas.

Mecánicamente no existen diferencias entre las válvulas para gas y oxígeno, y para esta aplicación usaremos las mismas. Tan solo cambiaran los diámetros de las mismas, pues la presión de suministro del gas natural será inferior a la del oxígeno y la velocidad del gas natural en la tubería debe ser inferior a 10 m/s, con lo cual los elementos suelen ser mayores en gas que en oxígeno.

Figura 1.8. Válvulas de Bola

Las especificaciones necesarias para las válvulas son las siguientes:

• Presión de entrada: Al ser un elemento de paso total, no necesitamos la presión de salida, pues es exactamente la misma. La presión de entrada es un dato que nos será necesario para determinar el caudal que pasará por la misma, así como para dimensionar una válvula con un PN (presión nominal a la que puede trabajar) determinado.


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• Caudal: Al igual que con la mayoría de instrumentos, el caudal nos servirá para determinar el tamaño final de la válvula. Cada diámetro de válvula (en cada uno de sus modelos) conlleva una característica de caudal determinado, no permitiendo el paso de mas fluido a la presión de entrada determinada.

• Materiales de construcción: Hay que garantizar la compatibilidad de los materiales de la válvula, con el fluido que está en contacto con la misma, y con el ambiente en el que se va a instalar.

• Conexión a proceso: Para este proceso, veremos que existen grandes caudales a bajas presiones, lo que implica gran tamaño de instrumentos. Para determinados diámetros, la única manera para su fijación a tuberías es mediante bridas y contrabridas (fig. 1.9.)

Figura 1.9. Válvula de Bola entre bridas

• Mando de la Válvula: Aunque el principio de cierre de la válvula de bola, sea una bola en el interior de su cuerpo, es posible que queramos maniobrar dicha válvula manual o automáticamente. Si es manual, bastara con colocar en el vástago de la válvula un mando manual bien sea una palanca o un volante. En el caso de un pilotaje automático, podemos acudir a los actuadores o servomotores neumáticos (uso de aire comprimido para accionar el motor que a su vez acciona la bola) o servomotores eléctricos (uso de electricidad para abrir y cerrar). En la mayoría de los casos, son de acción binaria es decir de “Todo o Nada”. En este proyecto recibirán el nombre de Electroválvulas, aunque su cuerpo sea el de una válvula de bola, e irán ubicadas en la estación gasificadora

Figura 1.10. Válvula de Bola con Actuador


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1.6.6 Regulador/Reductor de presión de Oxígeno y de Aire (PCV-1101/PCV-1201/PCV-2001) A fin de reducir costes de instalación en las líneas de suministro de gases, estos se

distribuyen a presiones superiores a las presiones de trabajo. De este modo podemos disminuir los diámetros de las tuberías y de sus accesorios, así como minimizar los efectos de las perdidas de carga.

De cualquier manera, llegado el momento, debemos ajustar el valor de la presión de suministro a su valor de trabajo, y es en este momento cuando recurrimos a los reguladores de presión.

Los reguladores de oxígeno de la instalación PCV-1101 y PCV-1201 y el de aire comprimido PCV-2001 tienen como finalidad reducir la presión que proviene de la fuente de suministro (aprox. 9bar) hasta la presión de trabajo en el bastidor. 2 bar aproximadamente para el oxígeno y 6-8 bar para el aire de instrumentación . Garantizando el caudal mínimo deseado.

El principio de funcionamiento básico de la mayoría de reguladores de presión se basa en el equilibrio de fuerzas entre la presión del gas en la entrada y la presión que ejerce en sentido contrario un elemento como puede ser un muelle unido a una membrana. La regulación de dicho muelle permite variar la presión del fluido que circula a través del regulador.

Figura 1.11. Esquema Regulador de Presión

Existen muchos tipos de reguladores, y cada uno de ellos con características distintas. Pueden incorporar salidas para colocar manómetros, incorporar purgas y filtros etc. Los principales tipos de reguladores son los que se enumeran a continuación.

• Reguladores de Alta Presión: Para aquellas aplicaciones en las que es necesario reducir la presión de salida a partir de una elevada presión de entrada (700 bar)

• Reguladores de Baja Presión: Independientemente de la presión de entrada, este tipo de regulador es capaz de trabajar con bajas presiones (<1,8 bar) a la salida.


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• Reguladores de Gran Caudal: Como su nombre indica, son equipos capaces de ofrecer una muy buena respuesta de caudal. Acostumbran a ser reguladores de segundos estadios, es decir, necesitan de una etapa previa de regulación para dar todo el caudal requerido.

• Reguladores de Contrapresión (backpressure regulator): Estos reguladores tienen la particularidad de que regulan la entrada de presión en función de la presión de salida. Solo permiten el paso de fluido a través de ellos cuando la presión del gas en la entrada, es la que está regulada en la salida del regulador. Ej. Un regulador ajustado a 5 bar, solo permitirá pasar gas por la entrada cuando la presión este por encima de estos 5 bar.

• Reguladores resistentes a la corrosión (Especial Petroquímicas): Son reguladores especiales, en cuanto a los materiales y a la construcción, pues pueden incorporar camisas de calefacción, y aleaciones anti-corrosión como el Monel® o el Hastelloy®.

• Reguladores Pilotados: Este tipo de reguladores se caracteriza por que la fuerza antagonista en la cámara de regulación, es aportada por el propio gas que circula en la línea (fig. 1.12.).

Figura 1.12. Regulador Pilotado

Para seleccionar un regulador, hay que tener en cuenta una serie de factores:

• Presión de entrada del gas

• Presión de salida del gas

• Caudal máximo

• Tipo de gas a regular

Cada regulador, tiene una curva característica de funcionamiento, en la que se puede observar (fig. 1.13.) El caudal máximo que puede ofrecer el equipo en función de la presión de entrada y el diferencial de presión entre la entrada y la salida.


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Figura 1.13. Curva Característica Regulador Oxígeno

Una vez determinado el caudal que el equipo genera en función del caudal y de la presión, es necesario determinar si este es compatible con el gas que circula a través de el. Cada gas tiene unas particularidades distintas, y no todos los materiales son aptos para trabajar con determinados de ellos. Por ejemplo, el oxígeno, como gas comburente es susceptible de provocar o avivar combustiones con todo tipo de grasas. Por ello cuando se trate de este gas ( y no solo en el caso de reguladores) los materiales a usar en una instalación de oxígeno deben estar desengrasados previamente, así como las juntas de estanqueidad en las conexiones deben ser totalmente compatibles; de esta manera se excluyen materiales que en su materia prima contengan aceites, grasas y similares.

Como curiosidad, destacar que es de obligado cumplimiento que la zona de descarga del camión cisterna de oxígeno líquido hacia el depósito este pavimentada con hormigón y no sobre asfalto, pues el asfalto contiene alquitrán, y este puede provocar una deflagración en contacto con el oxígeno.

1.6.7 Regulador/Reductor de presión de Gas Natural (PCV-6101/PCV-6201) La presión de suministro del gas natural viene determinada por la estación reguladora

de gas (propiedad del cliente). Aunque muchas veces la presión en la estación puede oscilar por motivos varios.

Generalmente la presión máxima de gas natural de la cual dispone el cliente, es aproximadamente de 1,5 bar. En este proyecto se instalarán en el bastidor 2 reguladores de presión para reducir hasta 150 mbar.


21

De esta manera, lograremos garantizar un suministro continuo sin fluctuaciones de presión. El inconveniente radica en que a bajas presiones y para que el caudal permanezca constante, debe aumentarse la sección de la tubería.

Además la normativa establece que para evitar deflagraciones ocasionados por el rozamiento, es necesario que la velocidad del gas en la tubería (tal y como se ha dicho anteriormente) sea menor de 10 m/s. (Para el oxígeno esta velocidad se establece en 20 m/s).

Los reguladores empleados se basan en el mismo principio y se especificaran del mismo modo que en el caso del oxígeno.

En la imagen 1.14. se aprecia la forma y la sección del equipo elegido.

Figura 1.14. Regulador Gas Natural

En la figura 6.11. se ilustra la curva característica de funcionamiento.

Figura 1.15. Curva Característica Regulador Gas Natural


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1.6.8 Indicador de Presión con contactos inductivos (PISHL-1101/PISL-1102/PISL-1103/ PISHL-1201/PISL-1202/PISL-1203/PISL-6101/PISL-6201/PISL-2001/PI-2101/PI-2201) La visualización y el control de presión en la instalación son básicos para garantizar

la seguridad del suministro de oxígeno y gas natural. Para ello nos valemos del indicador de presión o manómetro. Su finalidad es simple, y es la de mostrar el valor de presión que tienen los gases. En las figura 1.16. podemos observar un indicador de presión y su correspondiente despiece.

Figura 1.16. Imagen y Despiece Manómetro de Presión

Generalmente, el principal indicador de presión usado en la industria es el que usa como principio de funcionamiento el tubo de Bourdon.

Esto es un tubo curvado en forma de circular de sección oval. La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que la sección oval tiende a adquirir una forma circular. Estas tensiones que deforman el tubo, son representación de la medida de la presión y pueden trasladarse a una aguja indicadora y/o a un sistema de variación de resistencia o campos eléctricos y magnéticos (contactos de alarma o transmisores de señal).

El rango de trabajo de los manómetros Bourdon oscila desde los 0,6 bar a los 4000 bar, teniendo en cuenta que el poder trabajar con altas o bajas presiones, depende la elasticidad del material para construir el tubo. Lógicamente, los manómetros pueden venir referidos a multitud de unidades de presión:

• bar

• mbar

• Kg/cm2

• M.c.a

• Etc.


23

Otro dato a tener en cuenta con los manómetros es que el punto cero de todas las escalas, no tiene porqué ser el cero absoluto de presión (sino que es un valor igual al de la presión atmosférica). Con lo cual y salvo excepción este tipo de instrumentos miden presiones relativas, es decir por encima de la atmosférica.

Como hemos comentado anteriormente, podemos adecuar al movimiento del tubo, un sistema eléctrico bien sea analógico o digital, es decir que podemos retransmitir la señal en un formato de tensión o intensidad (0..10V o 4..20mA) o (como es el caso de este proyecto) podemos instalar dos contactos eléctricos en el cuerpo del medidor de presión. De esta manera, fijaremos una presión mínima y una presión máxima de trabajo, entre las cuales debe estar siempre el valor de la presión de trabajo. Al variar esta presión, de las presiones prefijadas, se activará el contacto correspondiente y enviará una señal al sistema que actuará en consecuencia cerrando el suministro cíclicamente.

Ahora podemos definir la diferencia entre un contacto magnético o un contacto inductivo (como es el elegido):

Básicamente, un contacto magnético es un contacto con una pieza imantada que reacciona al pasar el elemento de medición por encima. Es muy susceptible a las vibraciones y genera una señal eléctrica no apta para trabajar en zonas clasificadas.

El contacto Inductivo a diferencia, es un contacto estático, que induce una tensión cuando la aguja del manómetro pasa a través de el. No genera ninguna chispa, con lo cual es apto para trabajar en zonas clasificadas, y las vibraciones no le afectan, pues son contactos fijos. Son ligeramente mas caros que los magnéticos

Ahora estableceremos las pautas para la elección de un manómetro para una instalación, y aplicaremos estos parámetros para la memoria de cálculo:

• Presión de trabajo: Es recomendable que el manómetro (al igual que todos los tipos de instrumentos de medida) trabaje entre el 50 i el 75% del valor de fondo de escala. Por ejemplo si la presión de trabajo es de 3 bar, deberíamos escoger un manómetro con fondo de escala de 6 bar. La presión de trabajo también nos servirá para determinar la robustez del manómetro.

• Gas de proceso: Esto nos definirá el material tanto del cuerpo como del tubo y de las juntas. Determinados gases, en especial los corrosivos o los viscosos, pueden llevar una membrana de separación entre el tubo Bourdon y el gas de proceso. Recordar que existen muchas incompatibilidades entre gases y diversos materiales.

• Diámetro del Manómetro: En función de su ubicación el manómetro debe tener un diámetro u otro, para que sea visible por el operador.

• Elección de transmisor o contactos y tipo de los mismos: Si queremos retransmitir el valor de presión analógicamente necesitaremos un transmisor ubicado en el cuerpo del manómetro. Si por el contrario queremos alarmas por alta y/o baja presión debemos definir el tipo de contactos (inductivos o magnéticos) y si estos son normalmente abiertos o cerrados.

• Tipo de conexionado a proceso: Rosca de conexión a la tubería de proceso.


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1.6.9 Indicador de Temperatura Local (TI-1101/TI-1201/TI-6101/TI-6201) A nivel de este proyecto, la temperatura, cuando se trata de regulación de oxígeno y

gas, adquiere poca importancia. El hecho de usar caudalímetros másicos en este tipo de instalaciones (medición independiente a variaciones de presión y temperatura), dan poca importancia a la temperatura de línea. Pero aunque sea a nivel visual se han colocado indicadores de temperatura en la línea.

Como se verá en el capitulo de instrumentación, existen múltiples tipos de instrumentos para medición de temperatura, ya sea mecánica o eléctricamente. Como esta temperatura no interviene de ninguna forma en el proceso, obviaremos el uso de transmisores y contactos.

El elemento idóneo en este caso es el termómetro tipo bulbo; consistente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Las variaciones de temperatura provocan que el gas o el líquido contenido en el bulbo contraigan o expandan la espiral. Este movimiento de expansión/contracción desplazado a una aguja móvil, nos indica la variación de temperatura originada en el bulbo.

Figura 1.17. Termómetro de Bulbo

A la hora de realizar una especificación de un instrumento de temperatura es necesario conocer algunos datos previos:

• Temperatura nominal de servicio: Nos servirá para conocer el rango de trabajo de el elemento sensor. El rango debe ser tal que el valor nominal de proceso se encuentre dentro del 50-70% del valor de fondo de escala.

• Temperatura máxima: Al igual que en el caso anterior, conocer este dato es vital cuando trabajemos con altas temperatura, para escoger el instrumento idóneo.

• Ubicación del punto de medida: No es lo mismo efectuar la medición en una tubería que en el interior del horno. Saber donde ubicaremos el equipo nos ayudará a determinar todos los aspectos relacionados con la conexión a proceso.

• Principio de medida: El rango de medidas ya indica una pista sobre que principio de medidas usaremos. El abanico de equipos usados para la medición de temperaturas dentro del sector de la combustión, es amplio, desde sondas Pt100, hasta termómetros ópticos y láser, pasando por los mas habituales que son los termopares (mas adelante veremos su funcionamiento). Debemos escoger bien el principio de medida.


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• Elección de transmisores: La mayoría de aplicaciones (como en este caso) requiere de transmisión de temperatura, pues esta es el elemento principal de regulación. Hay que especificar si nuestro instrumento debe incorporar transmisión analógica de la señal.

• Material: Aunque el Principio de medida y la temperatura máxima determinaran en gran medida el material del elemento sensor, es posible que debamos establecer materiales compatibles con la corrosión (aceros inoxidables) o resistentes a altas temperaturas (cerámicas o aceros refractarios).

1.6.10 Caudalímetros másicos (FIT-1101/FIT-1201/FT-6101/FT-6201) La relación estequiométrica o teórica entre el oxígeno y el gas, va a ser uno de los

elementos de control principales, ya que debe controlarse el aporte de combustible y comburentes en base a unos parámetros establecidos por el operador de planta.

En determinados momentos del proceso, como el primer estadio, será necesario que la relación teórica entre oxigeno y gas sea oxidante es decir por encima del 2% (relación teórica o ideal). De esta manera , y con este aporte extra de oxígeno se eliminan los inquemados. Por el contrario en las últimas fases del proceso, el ratio debe ser reductor (aporte de oxígeno menor del 2%).

La única manera para conocer la cantidad de gases que aportamos a la combustión y totalizar los mismos es mediante el control de caudal o lo que es lo mismo con el uso de caudalímetros.

En aplicaciones de precisión para medidas de gas, donde se quieran alcanzar niveles bajos de error, es necesario el uso de medidores del siguiente tipo:

• Caudalímetros por efecto másico.

• Caudalímetros por efecto Coriolis

• Caudalímetros efecto Vortex.

• Placas de Orificio con medida de Presión Diferencial .

Por el momento no entraremos en las ventajas y desventajas de este conjunto de equipos, solamente especificar, que uno de los mas usados, y el que se especificará para este proyecto es el caudalímetro másico.

A grandes trazos y como su nombre indica, este equipo mide la masa de un gas. La masa de un gas no sufre alteraciones frente a variaciones de temperatura, presión, densidad, viscosidad y conductividad. De hecho el caudal másico o caudal molecular es que tiene mayor efecto sobre otros sistemas cuando se trabaja en combustiones, dosificaciones, mezclas etc.

Su principio elemental (Fig. 1.18) se basa en la conducción de un caudal a través de un tubo capilar. Sobre este tubo se han emplazado tres bobinas exteriormente. La bobina central Rh es una resistencia a la que se llama “heater” (H). Las otras dos bobinas son sensores de temperatura RT1 (Tup) y RT2 (Tdown), construidas de un material cuya resistencia depende fuertemente de la temperatura. Cuando no hay fluido circulando a través del tubo el perfil de temperatura es simétrico. Cuando existe caudal, el perfil se desfasa hacia la derecha. Este desfase es detectado por estas termorresistencias . Para caudales relativamente bajos la diferencia de temperatura Tdown - Tup es proporcional al caudal másico.


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Figura 1.18. Principio Funcionamiento Caudalímetro Másico

Los datos básicos que debemos conocer para realizar la especificación de un caudalímetro másico, son los siguientes:

• Presión de entrada: Tal y como se ha enunciado anteriormente, la medición de caudal en un caudalímetro másico, es independiente de las variaciones de presión, pero debemos conocer la presión de entrada e incluso la de salida por dos motivos; el primero es la presión máxima del equipo que en determinados casos puede llegar hasta 700 bar. Y en segundo lugar, hay que añadir que existen caudalímetros que incorporan válvulas de control en su estructura (acostumbran a ser de bajo caudal), y para ello es necesario conocer el diferencial de presión entre la entrada y la salida para dimensionar dicha válvula. Aunque no es el caso de este proyecto.

• Caudal nominal y máximo: Este dato nos servirá para determinar el rango y la rangeabilidad del equipo. El caudal nominal o de trabajo debe estar por debajo del caudal máximo en aproximadamente un 30%. Pero el instrumento debe ser capaz de poder leer las puntas de caudal especificadas por el caudal máximo.

• Zona de Instalación del Caudalímetro: Este dato es casi de tanta importancia como los anteriores. Existen procesos industriales de todo tipo, desde aquellos que se desarrollan en atmósferas inertes hasta aquellos que se suceden en las condiciones mas adversas de corrosión y peligro de inflamabilidad. La clasificación de la zona es de vital importancia cuando se dimensiona un instrumento.


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En función del tipo de zona, la tipología eléctrica e incluso mecánica del equipo puede variar. En aplicaciones de combustión las zonas no suelen clasificarse como peligrosas en cuanto a explosividad. Mas adelante desarrollaremos un capitulo sobre las zonas clasificadas en el entorno industrial.

• Conexionado a proceso: Hay que conocer el punto de ubicación del equipo, para saber exactamente como se conexionará a proceso. Un caudalímetro másico, puede inserirse en la tubería, tal y como se representa en la siguiente imagen (fig. 1.19.).

Figura 1.19. Caudalímetro de Inserción

y otros como será nuestro caso van instalados en línea con la propia tubería como se muestra en la figura 1.20. En función del diámetro de la tubería la unión con esta se realizara mediante bridas o mediante rosca.

Figura 1.20. Caudalímetros “En Línea”


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• Aspectos eléctricos: Para finalizar, es necesario especificar al proveedor aspectos como el tipo de salida analógica (4..20mA o 0..10V), o la posibilidad de que el equipo incorpore display de visualización de caudal instantáneo y/o totalizado, tipo de la señal (activa o pasiva) o incluso si el equipo es controlador, es decir que incorpora válvula de regulación.

1.6.11 Válvulas de Control (FCV-1101/FCV-1201/FCV-6101/FCV-6201) Cuando hablamos de automatización o de control automático, la válvula de control es

el elemento imprescindible para regular la variable de proceso. Su función consiste en variar el caudal de fluido de control, que modifica a su vez el caudal de la variable medida. De esta manera, actúa como una placa de orificio de área variable. Es de vital importancia dentro del lazo de control como lo puede ser el elemento primario, el transmisor y el controlador.

La lectura de caudal efectuada por el caudalímetro másico será enviada al controlador de proceso o P.L.C., el cual enviará a las válvulas de control el % de abertura que deben de tener para garantizar el paso de los caudales deseados. De esta manera podremos controlar variables como el ratio entre combustible y comburente y la potencia del quemador.

De válvulas de control hay de muchos tipos, y mas adelante presentaremos sus principales variantes. Pero si podemos decir que podemos clasificar a las válvulas de control en dos grandes grupos:

- Según el diseño del cuerpo

- Según el actuador

En cuanto al diseño del cuerpo, normalmente no suele especificarse como tal. Es mas común definir unas variables de proceso determinadas y el proveedor dentro de su gama elegirá aquella que parezca mas adecuada. Por ejemplo válvulas de globo, en ángulo etc..

Otra cosa es el actuador usado para comandar a la válvula. Los actuadores o servomotores pueden ser de los siguientes tipos:

- Neumáticos

- Eléctricos

- Hidráulicos

- Digitales

Aunque dentro de la industria y por motivos de mantenimiento, los mas usados son los neumáticos y los eléctricos; y dentro de estos dos, podemos afirmar que un 90% de las instalaciones con válvulas de control, están pilotadas con accionamientos neumáticos.

El accionamiento neumático consiste en un diafragma con un resorte que suele trabajar entre 3-15 PSI (0,2 – 1 bar). Al aplicar un a presión determinada sobre el diafragma, el resorte se comprime de tal manera que el mecanismo empieza a moverse hasta que alcanza una posición de equilibrio entre la fuerza ejercida por la presión del aire sobre el diafragma y la fuerza ejercida por el resorte.

Este proyecto se ha dimensionado para el uso de válvulas de control con servomotor neumático


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El tiempo de respuesta para la apertura y el cierre de las válvulas de control neumáticas, es superior a las válvulas con actuador eléctrico. Además se le suma a este hecho, la existencia de una línea de aire comprimido en la instalación, que usaremos para comandar a las válvulas.

En la figura 1.21., puede observarse una sección de la válvulas de control que se especificarán en el proyecto.

Figura 1.21. Sección Válvula de Control

A continuación definiremos los principales datos para la elección de una válvula de control.

• Fluido de Proceso: Determinados fluidos como líquidos o gases pueden ser corrosivos o oxidantes, y esto requiere que las partes en contacto con el mismo, cumplan con alguna condición especial, como el desengrasado o el uso de aceros inoxidables anti-corrosión. También puede darse el caso de determinados fluidos que requieran de mantener una temperatura elevada para mantener por ejemplo su viscosidad, con lo cual tendríamos que instalar algún tipo de válvula con algún encamisado de vapor. Habrá que conocer pues que tipo de gases (en este caso) circularan por la válvula para elegir la mas adecuada. El tipo de fluido determina en cierta forma el material de construcción.

• Presión de entrada y salida del fluido: Conocer las presiones de entrada y salida así como el caudal, nos permitirá el dimensionado de la válvula mediante un coeficiente llamado Kv . A grandes trazos, este coeficiente se define como el Caudal de Agua ( entre 5 y 40 ºC) que pasa a través de la válvula a una apertura dada y con una perdida de carga de 1 bar. El coeficiente Kv para la válvula totalmente abierta se denomina Kvs , mientras que el mínimo valor recibe el nombre de Kv0 . Por lo tanto la relación Kvs /Kvo , expresa la rangeabilidad o campo de control que expresa la relación de caudales que la válvula puede controlar. El Kv es una variable que será calculada (generalmente) por el fabricante de la misma.


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Este usará la presión de salida como método para hallar la perdida de carga en el equipo. El valor Kv es un dato constructivo para cada modelo de válvula.

• Caudal nominal y máximo: Tal y como se ha comentado en el punto anterior. Los caudales servirán para que el fabricante termine de completar el cálculo del coeficiente de caudal Kv.

• Variables eléctricas: Cada fabricante ofrece características distintas para sus equipos. Determinadas válvulas pueden ofrecer independientemente de la señal analógica de abertura, otro tipo de señales, por ejemplo, retransmisión de la señal de abertura para que el sistema corrobore que el porcentaje de abertura es realmente el que manda el controlador. Otras señales pueden ser entradas binarias de cierre o lo que es lo mismo, entradas digitales que cuando se activan cierran la válvula inmediatamente. Pueden albergar micro interruptores de posición. Incluso determinadas válvulas pueden albergar algoritmos de regulación PID, y no olvidemos que hay que especificar la tensión de alimentación del instrumento. En definitiva son una serie de parámetros que darán forma a la válvula de control.

• Conexión a Proceso: Al igual que con muchos tipos de instrumentos, la conexión a proceso incide en la forma final e incluso en el coste del equipo. En el caso de una válvula de control, es lógica su ubicación (En línea con la tubería), pero en función del tamaño de la tubería , instalaremos la válvula entre bridas o bien mediante racores de unión soldados o roscados. La figura siguiente (fig. 1.22.) muestra la válvula de control con unión mediante bridas a la tubería.

Figura 1.22. Válvula de Control


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1.6.12 Electroválvulas (EV-1101/EV-1102/EV-1103/EV-1201/EV-1202/EV-1203/EV-6103/EV-6203) Una electroválvula es una válvula de paso que permite el paso del fluido al aplicarle

una corriente eléctrica o bien un fluido auxiliar como el aire comprimido. Al igual que las válvulas de control pueden ser eléctricas o neumáticas. A diferencia de los instrumentos anteriores donde solo existía un solo instrumento por horno, en el caso de las electroválvulas tenemos 4 por cada horno. Las electroválvulas EV-1101, EV-1201 (oxígeno) y sus homólogas la EV-6103, EV-6203 (gas natural)son las electroválvulas de encendido, su finalidad será la de permitir un pequeño paso de caudal de oxígeno y gas para el encendido. A nivel de control, es mas fácil un encendido por esta válvula que tener que regular un mínimo caudal por las válvulas de control.

Las dos electroválvulas restantes son las EV-1102 y EV-1103 y sus gemelas del horno nº 2 EV-1202 y EV-1203. Estas electroválvulas son para un aporte de oxígeno suplementario al horno cuando se quiera quemar un exceso de materia orgánica en el horno. Se controlan manualmente desde los terminales táctiles del cuadro eléctrico.

Como las electroválvulas no tienen orificio variable de salida, su caudal de paso viene determinado por el ajuste realizado manualmente con las válvulas de bola ubicadas aguas arriba de las mismas. En el caso de las válvulas de aporte de oxígeno, se colocaran rotámetros o medidores de caudal de área variable que nos permitirá conocer el caudal de paso de las válvulas.

Para dimensionar una electroválvula, debemos considerar ciertos aspectos como los que enumeramos a continuación:

• Presión de entrada y Presión de Salida: Datos necesarios para conocer la perdida de carga y el cálculo del coeficiente de caudal Kv . De esta manera sabremos si determinada válvula nos podrá ofrecer el caudal deseado. Además la presión de trabajo es un dato importante para dimensionar la válvula, ya que existe un dato llamado “Presión Nominal” de la válvula PN, que indica la máxima presión que puede soportar. La presión nominal de proceso, debe ser siempre menor que la presión nominal de la electroválvula.

• Caudal de Proceso y caudal máximo: Valor esencial para determinar el tamaño del equipo y la rangeabilidad de la válvula (Valores limites de funcionalidad del equipo).

• Fluido de Proceso: Determina el material de la válvula a efectos de corrosión, envejecimiento y compatibilidad del fluido con el material de la válvula.

• Tipo de actuación: Al igual que las válvulas de control, las electroválvulas pueden tener dos tipos de actuación:

- Actuación Eléctrica

- Actuación Neumática

Las electroválvulas neumáticas suelen ser usadas en caudales grandes y en zonas de trabajo clasificadas, la razón es simple, pues para poder accionar la bobina de la electroválvula, debe generarse una determinada fuerza electromotriz que irá en concordancia con el tamaño de la bobina. A mayor bobina, generalmente mayor caudal. Consecuentemente, con válvulas pilotadas por aire, tan solo necesitamos la presión del aire para abrir la misma. Las mayoría de válvulas de este proyecto (tal y como se verá en la memoria de cálculo) son neumáticas.


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• Conexión a Proceso: Conexión entre bridas, roscada, soldada, conexiones sanitarias o aplicaciones especiales para definir el equipo (fig. 1.23.)

Figura 1.23. Electroválvula de Asiento Inclinado

• Factores Eléctricos: Tensión de alimentación, Micro interruptores de final de carrera, especificación de zonas de trabajo clasificadas. Estos datos junto a otros forman parte del conjunto de especificaciones requeridas para dimensionar una electroválvula.

1.6.13 Control de Presión (EV-6101+CT-6101+EV-6102/EV-6201+CT-6201+EV-6202) En lo concerniente a instalaciones de combustión, las normativas obligan a instalar

un sistema de seguridad en las líneas de combustible que obligan a mantener un “carrete” o tramo de tubería completamente vacío siempre que se cumplan algunas de estas condiciones:

- Desconexión del quemador.

- Antes de la puesta en marcha del quemador.

Existen dos sistemas para comprobar esta estanqueidad:

• Electroválvula de venteo: Este sistema consiste en la ubicación de dos electroválvulas normalmente cerradas; una en la entrada del quemador y otra a la entrada del bastidor. Entre ellas se intercala una electroválvula de purga o venteo conectada a un vaso relleno de glicerina (Vaso de borboteo). Esta electroválvula es normalmente abierta y está conectada en paralelo con las otras dos. En el caso de cierre intempestivo del quemador o paro del mismo, el sistema reacciona cerrando las dos válvulas principales y abriendo automáticamente la de venteo. De esta manera se vacía de combustible el tramo comprendido entre el quemador y el inicio del bastidor.

• Detección de Estanqueidad: Será el usado en este proyecto (Fig.1.24.). Básicamente es parecido al anterior, pero con la diferencia de que las dos electroválvulas se ubican al principio del bastidor una junto a la otra, y entre medio de ellas se ubica un presostato que detecta un fallo de estanqueidad en alguna de las válvulas.


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Si esto sucede, impide el arranque del quemador. La otra válvula funciona perfectamente y se encarga de cerrar el paso del gas de forma segura.

Figura 1.24. Detector de Estanqueidad

La especificación de este equipo se reduce a los siguientes aspectos:

• Presión de entrada: El detector de estanqueidad solo es apto para trabajar con presiones inferiores a 500 mbar. En nuestro caso no es problema, pero si tuviéramos que trabajar a presiones superiores, deberíamos pasar a sistemas de control con válvulas de venteo.

• Tipo de Combustible: Este equipo abarca el control en todos los G.L.P. (Gas Natural, Propano.

Además de especificar el control de estanqueidad, hay que elegir las electroválvulas sobre las cuales se montará el equipo detector.

La única diferencia de estas válvulas frente a las de oxígeno, es que estas válvulas son de apertura retardada y especiales para gas natural. No existen especificaciones adicionales para dimensionar este tipo de electroválvulas, excepto que este tipo de válvulas incorpora el conexionado neumático para el control de estanqueidad.

En la figura siguiente (fig. 1.25.) se observa la forma de este tipo de válvulas.

Figura 1.25. Electroválvula Motorizada


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1.6.14 Caudalímetros de Área Variable (FI-1101/FI-1201) El caudalímetro como su nombre indica es un sistema de medida de caudal. Su

principio se basa en el siguiente esquema (fig. 1.26.)

Figura 1.26. Esquema Funcionamiento Rotámetro

La circulación de un fluido de abajo hacia arriba con una velocidad determinada, desplaza al flotador hasta conseguir una altura de equilibrio que es función del Peso del flotador, el Empuje del Fluido y la sección libre de paso. El movimiento de este flotador es trasladado hasta una aguja indicadora sobre una escala de caudal que indica el caudal instantáneo.

Los rotámetros suelen usarse en aquellas aplicaciones donde solo nos interese una visualización del caudal (aunque determinados rotámetros pueden llevar transmisores de señal 4..20 mA) o no sea necesario una muy buena precisión. Hay que tener en cuenta que un instrumento de lectura analógica, además del error intrínseco del aparato conlleva el error de lectura que pueda apreciar el operador.

En esta aplicación usaremos los rotámetros FI-1101 y FI-1201 para visualizar y controlar manualmente el caudal de oxígeno de aporte.

El equipo usado se muestra a continuación en la figura 1.27.

Figura 1.27. Caudalímetro de Área Variable


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Los datos principales para especificar un rotámetro son los siguientes

• Presión de Entrada: Los rotámetros son instrumentos hechos a medida y cuya configuración depende de datos tales como la presión de entrada. Este dato servirá al fabricante para calcular el empuje.

• Fluido: Este dato incide en la densidad del flotador y en el material del mismo, así como el material del cuerpo.

• Rango de medida: Un rotámetro no puede medir desde 0, sino que su valor mínimo de lectura suele ser un 10% del valor máximo. Es decir si el caudal nominal de proceso es de 40 Nm3/h. Se especificará un caudalímetro con un valor máximo de aproximadamente 60 Nm3/h, con lo cual el valor mínimo será de 6 Nm3/h.

• Conexiones a Proceso: En este caso mediante bridas, pero estos equipos pueden ser mediante uniones roscadas y uniones sanitarias para alta pureza.

• Selección de Accesorios: Algunos modelos pueden llevar accesorios como la salida analógica de valor de caudal, frenos magnéticos para estabilizar el movimiento del flotador, contactos magnéticos o inductivos para caudales máximos y/o mínimos, equipos para zonas clasificadas, totalizadores e incluso camisas de calefacción para fluidos viscosos.

1.6.15 Válvulas de Seguridad (NRV-1101/NRV-1102/NRV-1201/NRV-1202/NRV-6101/NRV-6201/NRV-2101/NRV-2201) La finalidad de los equipos de seguridad (fig. 1.28.), es salvaguardar la integridad de

las personas y de los equipos o instalaciones.

Para este cometido se han diseñado las válvulas de seguridad o de antirretroceso. Tal y como su nombre indica, su funcionalidad radica en que solo permiten el paso del fluido en una sola dirección (dirección hacia proceso), e impiden el paso en sentido contrario. De esta manera, se evitan retornos intempestivos de gases combustibles y/o comburentes y se protege la instalación. Algunas de estas válvulas pueden incorporar antirretrocesos de llama (para el caso de líneas de gas), donde un fortuito retorno de la llama es detenido en la propia válvula.

Figura 1.28. Válvula de Seguridad

Para dimensionar las válvulas de seguridad, hay que tener en cuenta una serie de variables tales como:


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• Presión de entrada: A grandes trazos la válvula de seguridad incorpora en su interior un muelle unido a una membrana. El muelle está en la dirección del fluido, y la presión de este, debe poder vencer su resistencia. Muy bajas presiones, son incapaces de abrir la membrana de la válvula y consecuentemente permitir el paso del gas. Por ello es necesario conocer la presión de entrada del gas a la válvula. Además hay que tener en cuenta, que las presiones de entrada de los gases al horno son prácticamente atmosféricas, es decir bajas.

• Mínima Presión de Apertura: Este concepto va ligado al anterior, es decir hay que conocer cual es la mínima presión que permite el paso de caudal.

• Caudal de Paso: La válvula debe de ser capaz de permitir el paso por su interior de la totalidad del caudal requerido por los quemadores. El fabricante de la misma especifica el caudal máximo de paso de la válvula.

• Antirretrocesos de llama: Tal y como se ha dicho antes, algunas versiones de estas válvulas pueden incorporar antirretrocesos de llama, para impedir la propagación de la llama por el conducto, suelen ser cierres internos que sellan la válvula en caso de sobretemperaturas. El inconveniente radica, en que es necesario el cambio de la válvula o la sustitución de los elementos de cierre cada vez que se produce una deflagración.

1.6.16 Soplantes de Aire de Barrido (M-2101/M/2201) Se van a producir una serie de situaciones en el proceso tales como el paro

intempestivo del proceso por cualquier anomalía , imposibilidad de encendido y paro por fin de ciclo. Ambas además de otras acciones, provocaran el encendido de la soplante de barrido en la línea de gas natural. La finalidad no es otra, que empujar el gas contenido en la línea hasta el interior del horno, donde será combustionado. Es un método para apagar la llama y para purgar la línea.

Para ello se usará un ventilador centrífugo de media presión con turbina radial, que será comandado desde el P.L.C. (fig. 1.29.)

Figura 1.29. Soplante de Media Presión

Este se ubicará en el propio bastidor de instrumentos, y el diámetro de inserción será tal que permita el paso de todo el caudal de aire hacia la línea de gas natural a la presión de suministro nominal del equipo.


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Las características básicas para dimensionar una soplante son las resumidas a continuación:

• Caudal nominal: Hay que tener en cuenta que en función del diámetro de la conducción de aire, la longitud y el volumen del horno, es necesario un caudal u otro. Para ello es necesario especificar un caudal mínimo para poder garantizar el purgado de líneas y el apagado de l quemador.

• Presión de suministro: Hay que tener en cuenta que debemos “empujar” el gas hacia el exterior, con lo que debemos vencer la presión de suministro del combustible, así como la del oxígeno (para evitar retrocesos en la línea). Por ello la presión de aire suministrada por el ventilador debe de ser superior a la de ambas.

• Características Eléctricas: Podemos requerir que el equipo eléctrico cumpla con una serie de condiciones eléctricas, como pueden ser el voltaje, frecuencias y protecciones del motor especiales. También podemos solicitar que el equipo cumpla con unas características de seguridad intrínseca especial (Normativa ATEX). O que tenga un determinado índice de protección I.P. Todo esto irá en función de la ubicación del mismo.

1.6.17 Cuadro de Control Uno de los elementos principales cuando se trata de control automático, además del

elemento primario y del transmisor, es el controlador de proceso.

En la actualidad existen varios sistemas de control que permiten realizar cualquier tipo de automatización. Desde pequeños sistemas basados en micro PLC’s para pequeñas aplicaciones hasta los grandes sistemas de control distribuido para gobernar plantas enteras. Aunque quizás el método mas común es el uso de Autómatas Programables o PLC’s. Este sistema conjuga (en función de la memoria de la CPU) la potencia y la capacidad de ampliación en cuanto a número de entradas y salidas. Además es bastante mas económico que un sistema de control distribuido. No hay que olvidar que una automatización se diseña en función del proceso a controlar y hay que ajustar las características del autómata al proceso.

En posteriores capítulos y tras especificar el listado de entradas y salidas en la memoria de cálculo dimensionaremos que tipo de autómata usaremos y el número de tarjetas de entradas y salidas a usar.

En esta aplicación, interviene otro elemento bastante común dentro del mundo de la automatización, y es el H.M.I. (Interfaz Hombre-Máquina). Este elemento es el “puente” entre el operador de planta y la Unidad de Control. Se tratará de una pantalla táctil (por cada horno) donde se introducirán las consignas necesarias para la perfecta ejecución del proceso.

Todos estos elementos se englobaran dentro de un armario de control cuyas partes principales definiremos a continuación:


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1.6.18 Envolvente metálica La fundición de plomo, es una industria de recuperación, y como tal la materia prima

dista mucho de ser pura y limpia. Si a este factor se le suma el hecho de que los vapores de plomo son bioacumulables o tóxicos a medio y largo plazo veremos que no es un tipo de industria ideal.

Existe bastante contaminación ambiental y como en la mayoría de industrias pesadas, hay una circulación de carretillas elevadoras, camiones y demás por el interior de la nave. Por ello la ubicación de los equipos de control, se realizará dentro de una envolvente metálica combinable (fig. 1.30.), es decir con posibilidades de expansión donde los equipos estarán protegidos de la atmósfera y de posibles golpes fortuitos.

Figura 1.30. Armario de Control Combinable

El tamaño del mismo debe ser tal que permita albergar el control de los dos hornos así como el pequeño control destinado a la estación gasificadora de oxígeno, y deberá cumplir unas especificaciones mínimas en cuanto a grados de protección. En este caso un IP55.

En el Plano PFC-CX-0006, vemos representada la disposición de los elementos en el interior del cuadro. Así mismo, observamos en el plano anterior PFC-CX-0005 que el armario es de dos puertas, donde dividimos cada una para un horno determinado.

1.6.19 Autómata Programable (PLC) El continuo desarrollo industrial con nuevos y complejos procesos, fue el motor

impulsor del nacimiento de los instrumentos de control.

Lo que inicialmente empezó con simples instrumentos como manómetros, termómetros y válvulas manuales que podían ser manipulados por el operador, se convirtió en un sinfín de equipos sumamente mas complejos como controladores neumáticos de gran tamaño. Mas adelante se diseñaron los primeros instrumentos electrónicos, facilitando en gran medida las labores de control al operador. Todo ello se controlaba y monitorizaba en grandes salas de control.

Una vez llegados a este punto, era necesario la aparición de un elemento capaz de aglutinar todas las variables de proceso, monitorizarlas y ejecutar con ellas acciones de control mas o menos complejo. Aquí aparecen los primeros computadores o autómatas.


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Estos se caracterizaban por poder captar gran número de variables, interpretarlas y actuar en función de la programación establecida.

Lógicamente, los primeros usuarios de los computadores, fueron las grandes industrias químicas, refinerías, centrales térmicas... es decir aquellas con gran número de procesos dentro de su ciclo productivo. Y los grandes promotores de dichos avances fueron las propias industrias

A medida que el tiempo ha ido transcurriendo, se ha mejorado la tecnología existente, permitiendo la creación de controladores mas pequeños, mas sencillos de programar y con unas prestaciones similares a las de los controles distribuidos. Estos PLC’s (como es nuestro caso) incorporan subrutinas intrínsecas de control PID, con lo que es posible regular cualquier tipo de proceso por complejo que pueda parecer.

El primer paso para dimensionar un sistema de control, es establecer el listado de entradas y salidas. En la memoria de cálculo se presentan todas ellas ordenadas en función de su tipología analógica y digital.

En nuestro caso tenemos por cada horno las siguientes entradas y salidas:

• 3 Entradas Analógicas

• 2 Salidas Analógicas

• 15 Entradas Digitales

• 14 Salidas Digitales

El autómata que instalaremos en cada horno es un KOYO DL205 (fig. 1.31.). Este se caracteriza además de por ser un autómata expandible, pues lleva en este modelo 9 slots de expansión y por integrar la CPU 250, con las siguientes especificaciones:

• Memoria Total: 30,4K

• Memoria Ladder: 15875K

• V-Memoria: 14592K

• Memoria Total CPU: 8192K

• Nº Lazos Regulación: 16 lazos PID

• Comunicaciones: 1 puerto RS232C, 1 puerto (RS232C, RS422,RS485)

• Protocolos Comunicación: K-Sequence, DirectNet, ModBus, ASCII

Figura 1.31. Autómata Programable o P.L.C.


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Además este PLC permite la ampliación con otros autómatas del mismo tipo, con lo que puede aumentar el número de entradas y salidas con la misma CPU.

Los sistemas de programación de este autómata son los estándares: Ladder View, Grafcet y mediante Lista de Instrucciones.

Incorpora librerías de funciones matemáticas y lazos de control PID, con lo que se simplifica el tema de la regulación.

Es recomendable dimensionar el número de entradas y salidas de tal manera que tengamos un número determinado de entradas y salidas de reserva. De esta manera podremos ampliar el sistema sin necesidad de cambiar el autómata.

Finalmente el número total de slots del PLC serán ocupados por las siguientes tarjetas:

• SLOT 1: CPU 260

• SLOT 2: Tarjeta Combinada 4 Entradas Analógicas y 2 Salidas Analógicas

• SLOT 3:Tarjeta nº 1 de Entradas Digitales

• SLOT 4: Tarjeta nº 2 de Entradas Digitales

• SLOT 5: Tarjeta nº 3 de Entradas Digitales (reserva)

• SLOT 6:Tarjeta nº 1 de salidas Digitales

• SLOT 7: Tarjeta nº 2 de Salidas Digitales

• SLOT 8: Tarjeta nº 3 de Salidas Digitales (reserva)

• SLOT 9: Slot vacío.

1.6.20 Interfaz Hombre Máquina (Pantalla Táctil) Durante la descripción del proceso de fundición de plomo, se ha dejado entrever, que

esta aplicación es en ningún momento cerrada, es decir, no es una automatización total y absoluta, sino que en ella, es de vital importancia la función del operador por determinados motivos:

• Activación manual de aporte de oxígeno: Cuando el proceso tenga un exceso de materia orgánica, debe sobrealimentarse el horno con oxígeno mediante la apertura de las electroválvulas de aportación. Este es un acto manual que solo puede realizar el operador.

• Cambio del ratio de proceso: Cada estadio del proceso, se caracteriza por tener un ratio mas o menos comburente o mas o menos oxidante, o sea que la relación de oxígeno gas es un factor muy importante.

• Cambio de consignas: El lazo de control principal es el de temperatura de cámara de post-combustión. Mediante el mantenimiento de la temperatura en la cámara podremos controlar el proceso de fusión. Por ello debemos modificar en determinados momentos dicha temperatura.

• Ajuste de Lazos PID: Los lazos PID, conllevan unos parámetros que servirán para optimizar el funcionamiento del mismo. La parte Proporcional, Integrada o Derivativa, deben ser susceptibles de modificarse en cualquier momento para un buen funcionamiento.


41

En definitiva, existen muchos parámetros que se escapan del control automático, y que deben ser supervisados y/o modificados por el operador de planta o proceso.

Existen dos métodos para ello,:

• Modificando la programación del PLC: Cada vez que haya que modificar algún parámetro, será necesario reprogramar al autómata, mediante cambios en el programa y su posterior descarga al PLC con el consecuente peligro de error de comunicaciones. Además obliga al operador a tener un nivel elemental de programación de autómatas.

• Usando un Terminal de Operación: En este caso se trata de una pantalla táctil (fig. 1.32.), donde se programa que es lo que vamos a ver y que es lo que será susceptible de modificar o cambiar. Las modificaciones se realizan al momento, y son enviadas a tiempo real al autómata. En función de la pantalla y del programa de la misma, puede presentar gráficamente el proceso mediante P&ID’s. Puede incorporar funciones de registro de variables, históricos de alarmas y gráficos de tendencias de variables. Vendría a semejar a un SCADA, salvo que el control siempre es realizado por el autómata conectado a la pantalla.

Figura 1.32. Terminal Táctil H.M.I.

La solución adoptada consistirá en la instalación de 2 pantallas táctiles (una por cada horno). El fabricante será PROFACE, y el modelo será el GP-270L de 5,7 pulgadas y con pantalla monocromática.


42

1.6.21 Variador de Frecuencia Un horno rotativo, tal y como se ha mencionado en anteriores capítulos, debe

realizar una serie de maniobras de giros alternativos y paradas en ambos sentidos y en determinados estadios de fusión.

Puesto que en estos momentos, el horno estará cargado, las intensidades de arranque pueden ser muy elevadas, es recomendable el uso de variadores de frecuencia que arranquen a baja velocidad, así mismo, el variador nos permitirá realizar las inversiones de giro deseadas.

Para los procesos de fusión de plomo en hornos rotativos, pueden identificarse 3 tipos de rotación:

• Rotaciones incompletas a baja velocidad en los dos sentidos: En el estadio de carga del horno, la chatarra depositada en el interior por una carretilla elevadora, debe homogeneizarse. Esto se consigue mediante la rotación del horno. Pero hay que impedir que la carga se precipite sobre si misma provocando el levantamiento de humos que salen de la chimenea. La solución consistirá en rotaciones de corta duración a baja velocidad.

• Rotaciones completas a baja velocidad: Son las que se producen en el primer estadio de fusión o de desulfurización. Baja velocidad pero giros completos.

• Rotaciones completas a alta velocidad: En el estadio de reducción, la casi inexistencia de gases de escape permite al horno girar a mayor velocidad. Este ciclo es el mismo que el ciclo de colada, donde el horno girará a la misma velocidad

Para simplificar la programación del PLC, y para aprovechar las prestaciones del variador de frecuencia, que permite su programación con bloques de funciones, realizaremos 3 pequeños programas que activarán los 3 tipos de rotación predefinidos en el horno. Además mediante la pantalla podremos escoger el programa deseado y el sentido de giro. Se omitirá en la memoria de cálculo la programación del variador, pues esta se realizará in-situ.

Las características del motor de giro del horno son las siguientes:

• Potencia: 10 kW

• Alimentación: Trifásica

• Protección IP55 Con lo cual el variador de frecuencia elegido será el siguiente:

• Proveedor: Eurotherm

• Modelo: 690P-0110-400-3

• Alimentación: Trifásica

• Potencia Nominal: 11 kW (a par constante)

• Corriente de Salida: 23 A (a par constante)

• Nº de entradas y salidas: 4 EA, 3 SA, 8 ED, 3 SD


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Los variadores de frecuencia se ubicarán en la parte inferior del armario de control, puesto que las perturbaciones electromagnéticas que producen podrían afectar a las señales analógicas.

1.7 FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN Para definir el funcionamiento de la aplicación nos remitiremos a las pantallas

diseñadas para el funcionamiento del proceso y que mostraran la interrelación entre el operador y la pantalla. Al ser dos procesos idénticos, solo se mostrará el funcionamiento del primer horno.

1.7.1 Pantalla de Introducción

Figura 1.33. Pantalla de Introducción

En esta primera pantalla se muestra la carátula de presentación de la aplicación. Se observan una serie de campos como la fecha y la hora que se renuevan automáticamente.

En la parte inferior existe un rectángulo discontinuo que se repetirá en todas las pantallas, aunque en ubicaciones distintas (generalmente en el extremo superior de la pantalla). Su funcionalidad es la de reconocer alarmas, es decir interrumpir la alarma acústica.

Resiguiendo el título del proyecto, hay otro rectángulo discontinuo de mayor tamaño, cuya finalidad es (una vez pulsado) pasar a la pantalla 2.


44

1.7.2 Pantalla Parámetros Principales

Figura 1.34. Pantalla de Parámetros Principales

La finalidad de esta pantalla es la de resumir en una sola vista los principales valores de la aplicación:

• Temperatura Cámara Post-Combustión

• Set Point Temperatura

• Caudal Gas Natural y apertura válvula Gas

• Set Point Gas

• Caudal Oxígeno y apertura válvula Oxígeno

• Ratio

Independientemente de los valores de proceso, existen los siguientes pulsadores en la pantalla:

• Pulsador de Arranque: Muestra al operador, la pantalla de parámetros de encendido.

• Pulsador de Proceso: Aparecen en pantalla los P&ID’s (diagramas de proceso) con sus valores en tiempo real.

• Flecha Izquierda: Retrocede hasta la pantalla nº 1

• Paro de alarma acústica: Reconocimiento de alarma (parte superior de la pantalla)

Además existen tres pulsadores no visibles, uno sobre los valores de Temperatura, otro sobre los valores de Gas y otro sobre los valores de Oxígeno. El accionamiento de cualquiera de estos valores, muestra los parámetros de configuración de cada regulador.


45

1.7.3 Pantalla de Parámetros del Menú de Arranque

Figura 1.35. Pantalla de Parámetros del Menú de Arranque

Se llega a esta pantalla desde la activación del pulsador de arranque de la pantalla anterior. En esta se muestran varias maniobras:

• Selectores Etapas: Estos selectores activan las electroválvulas de aporte de oxígeno ubicadas en el bastidor. Cada selector activa una electroválvula distinta. Pueden encenderse en cualquier momento, independientemente de la altura del proceso, e incluso si el quemador está apagado.

• Quemador Piloto: El botón de marcha del quemador piloto, activa la secuencia de encendido del quemador. Comprueba seguridades de suministro y espera que el operador encienda el quemador durante un tiempo predeterminado. Si pasado este tiempo no se detecta llama, se cierran las válvulas de encendido y aparece una alarma. En caso contrario, se ilumina el piloto luminoso, y el sistema está en disposición de entrar en regulación. Puede apagarse el quemador piloto, mediante el pulsador de paro. El paro manual o intempestivo, provoca la puesta en marcha de la soplante de aire y el barrido de la línea de gas.

• Quemador Principal: Una vez el quemador está encendido, el sistema está dispuesto para la regulación. Antes de proceder al encendido del quemador principal, hay que configurar los valores de temperatura y de ratio en sus correspondientes pantallas. Una vez este hecho, podemos iniciar la marcha del quemador principal, y las válvulas de control empezarán a regular hasta alcanzar los puntos de consigna establecidos. El accionamiento del pulsador de paro detiene la regulación , pero mantiene la llama de encendido.

Otros pulsadores de la pantalla son los siguientes:

• Giros: Muestra la pantalla de selección de giros del horno

• Flecha izquierda: Retrocede hasta la pantalla previa

• Flecha Derecha: Adelanta hasta la próxima pantalla (pantalla de alarmas)



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1.7.4 Pantalla de Alarmas

Figura 1.36. Pantalla de Alarmas

Esta es una pantalla resumen donde se muestra la existencia de alguna alarma. Si ocurriera alguna, se activaría el piloto de fallo correspondiente a cada condición de alarma.

En esta pantalla solo existen los siguientes pulsadores:


• Flecha Izquierda: Retrocede hasta la pantalla anterior.

1.7.5 Pantalla de Rotaciones

Figura 1.37. Pantalla de Rotaciones

Desde la pantalla de parámetros del menú de arranque, accedemos a la pantalla de secuencias de giros de horno.


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El operador dispone aquí de varias acciones para realizar en función del estadio de fusión en el que se encuentra el plomo del horno.

• Carga: El accionamiento de este pulsador activa en el variador de frecuencia el subprograma correspondiente a los giros a baja velocidad e incompletos. El accionamiento de esta secuencia inhabilita los otros dos tipos de giro. Una vez se activa este ciclo, se ilumina el piloto correspondiente.

• Desulfurización: Este otro programa habilita al variador para que efectúe una secuencia de giros completos a baja velocidad.

• Reducción: Inicia la secuencia de giros completos a mayor velocidad.

• Giro Izquierda y Giro Derecha: En cualquier momento se puede invertir la secuencia de giro del horno mediante el accionamiento de cualquiera de los dos pulsadores.

• Paro: Para el horno en cualquier momento del proceso de fusión.

• Flecha Izquierda: Retrocede hasta la pantalla de Parámetros de Arranque.


1.7.6 Pantalla de P&ID de Oxígeno

Figura 1.38. Pantalla de P&ID de Oxígeno

Esta pantalla muestra los valores de proceso en tiempo real y sobre un diagrama. Si ocurriera alguna alarma, el piloto correspondiente a la condición de alarma, se iluminaría.

Los pulsadores existentes en la instalación son los siguientes:

• Regulación de Oxígeno: La pulsación sobre el lazo de control de oxígeno abre la pantalla del regulador del mismo.

• Etapas de Oxígeno: Retrocede hasta la pantalla de parámetros del menú de arranque. De esta manera podemos abrir o cerrar las electroválvulas de aporte.

• Flecha Izquierda: Retrocede hasta la pantalla de parámetros principales.


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• Flecha Derecha: Avanza hacia la pantalla de P&ID de Gas.


1.7.7 Pantalla de P&ID de Gas Natural

Figura 1.39. Pantalla de P&ID de Gas Natural

Al igual que la pantalla anterior, en esta pantalla vemos una imagen resumida del esquema de la aplicación con sus valores y sus alarmas.

Los pulsadores existentes en la instalación son los siguientes:

• Regulación de Gas Natural: La pulsación sobre el lazo de control de gas natural abre la pantalla del regulador del mismo.

• Flecha Izquierda: Retrocede hasta la pantalla anterior (P&ID de Oxígeno).

• Flecha Derecha: Avanza hacia la pantalla de P&ID de Aire.



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1.7.8 Pantalla de P&ID de Aire Soplante e Instrumentos

Figura 1.40. Pantalla de P&ID de Aire Soplante e Instrumentos

Al carecer de retransmisión analógica, en esta pantalla solo veremos la existencia de alarmas.

Los pulsadores son los siguientes:

Flecha Izquierda: Retrocede hasta la pantalla anterior (P&ID de Gas Natural)

Paro de alarma acústica: Reconocimiento de alarma (parte superior de la pantalla)

1.7.9 Pantalla Regulador de Oxígeno

Figura 1.41. Pantalla de Regulador de Oxígeno

Estas son las pantallas de más difícil manipulación. En ellas se ajustaran consignas de trabajo, e incluso podrán configurarse variables internas del PID como la parte proporcional, Integral o Derivada, así como sus alarmas.


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En el caso del lazo regulador de oxigeno, es un lazo que puede trabajar de dos formas o bien en manual o bien en automático. En el caso de regulación automática, el caudal de oxigeno que debe alcanzar la válvula de regulación, se consigue mediante la multiplicación del ratio por el caudal de gas natural.

En el caso de regulación manual, se consigue mediante la apertura de la válvula de oxígeno independientemente del ratio.

La pantalla se presenta de la siguiente manera:

Variables de PID (settings)

• PLC Mode: Indica en que estado esta el lazo (manual o automático)

• Gain: Muestra la Ganancia o parte proporcional del lazo PID

• Reset: Muestra la parte integral del PID

• Rate: Muestra la parte derivada del PID.

Variables de Proceso

• S.P.: Muestra el Set Point de Oxígeno

• P.V.: Muestra el valor de la variable de proceso en tiempo real.

• Out: Muestra la salida del lazo.

• Bias: Muestra el Bias del lazo.

Se encuentran en este tipo de pantallas dos pulsadores, uno encima de las variables de PID y que servirá para mostrar la pantalla de cambio de valores del PID, y otro sobre la casilla de alarmas del PID, y que servirá para configurar las alarmas del PID, así como la desviación de las mismas.

Otros pulsadores en la pantalla son los siguientes:

• Cambio de Ratio: Flechas ascendentes y descendentes para el cambio del valor del ratio de combustión. Lógicamente y por motivos de seguridad, el valor del ratio está limitado por programa.

• OUT: Flechas ascendentes y descendentes para modificar la abertura de la válvula de oxígeno (solo en caso manual).

• Pulsador Manual: Establece el lazo PID en forma manual

• Pulsador Automático: Establece el lazo PID en forma automático

• Flecha Izquierda: Retrocede hasta la pantalla previa

• Flecha Derecha: Adelanta hasta la pantalla de regulación de Gas Natural



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1.7.10 Pantalla de Configuración del PID de Oxígeno

Figura 1.42. Pantalla de Configuración del PID de Oxígeno

En esta pantalla simplemente introduciremos por teclado los valores del PID, así como un valor de limitación para la abertura de la válvula de oxígeno.

Para modificar valores, es necesario pulsar sobre el valor, y a continuación en el teclado de la propia pantalla, pulsar la tecla “CLR” para borrar el valor. Después se introduce el valor deseado y se pulsa la barra del teclado para introducirlo.

Además tenemos los siguientes pulsadores:



1.7.11 Pantalla de Alarmas del PID de Oxígeno

Figura 1.43. Pantalla de Alarmas del PID de Oxígeno


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De igual forma que la pantalla anterior, está solo es una pantalla de introducción de alarmas de PID, y sus desviaciones.

El procedimiento para configurar es el mismo. Seleccionar valor a modificar, borrarlo mediante la tecla “CLR”; introducción del nuevo valor por teclado y validación del mismo mediante la barra del teclado.

deseado y se pulsa la barra del teclado para introducirlo.

Además tenemos los siguientes pulsadores:



1.7.12 Pantalla Regulador de Gas Natural

Figura 1.44. Pantalla Regulador de Gas Natural

La única diferencia entre esta pantalla y la de regulación de oxígeno es la que caracteriza al modo del lazo de control, que en este caso solo puede ser un lazo automático o un lazo en cascada. Cuando colocamos el gas como lazo de control en cascada, lo colocamos en dependencia de un lazo principal, en este caso el de temperatura. La salida de control del lazo de temperatura, es el punto de consigna del lazo de gas natural.

Cuando el lazo de control se transforma en modo automático, simplemente colocamos al gas natural, como lazo principal; en ese caso, el oxigeno dependerá del gas al multiplicar la salida de control del lazo por el ratio establecido. En este momento es cuando podemos modificar el punto de consigna o S.P. de caudal de gas.

Por lo demás, la pantalla es exactamente igual que la de oxígeno.


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1.7.13 Pantalla de Configuración del PID de Gas Natural

Figura 1.45. Pantalla de Configuración del PID de Gas Natural

Idéntica funcionalidad es la que caracteriza a esta pantalla y la pantalla de configuración del PID de Oxígeno. La misión es la misma, y es recomendable que esta pantalla no se manipule por el operador, pues la configuración del lazo de control es bastante complejo.

1.7.14 Pantalla de Alarmas del PID de Gas Natural

Figura 1.46. Pantalla de Alarmas del PID de Gas Natural

Configuraremos con esta pantalla las alarmas de PID y la desviación en las mismas.


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1.7.15 Pantalla Regulador de Temperatura

Figura 1.47. Pantalla de Regulador de Temperatura

El lazo principal del proceso, es el de temperatura de la cámara de post-combustión. La geometría del horno rotativo, hace muy difícil la medición de la temperatura en el interior del mismo. Así que el elemento primario de temperatura, se coloca a la salida de los humos del horno, las distintas temperaturas de los gases de escape indican los cambios de estadios de fusión.

En esta pantalla el operador establecerá la consigna de temperatura a la que se debe llegar en cada estadio. La salida de este lazo será la consigna del gas natural.

Generalmente este lazo debe estar siempre en modo automático, pero en función de la respuesta del horno, podemos colocarlo en manual y modificar la salida hacia el lazo de gas natural para acelerar el proceso.

1.7.16 Pantalla de Configuración del PID de Temperatura

Figura 1.48. Pantalla de Configuración del PID de Temperatura


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La única diferencia entre esta pantalla y sus gemelas de oxígeno y gas es la inexistencia de limitación de temperatura, por lo demás contiene los mismos pulsadores.

1.7.17 Pantalla de Alarmas del PID de Temperatura

Figura 1.49. Pantalla de Alarmas del PID de Temperatura

Esta es la última pantalla de la aplicación, y es la de alarmas. En principio y al igual que las de configuración de PID’s, no es aconsejable que se manipulen frecuentemente. Cuando se realiza la puesta en marcha, estos parámetros quedan fijados, así que no es necesario la manipulación de las mismas.

1.8 NORMATIVAS Las principales normas que se han usado para la elaboración de este proyecto son las

siguientes:

• ITC MIE AP10: Instrucción Técnica Complementaria Referente a Depósitos Criogénicos. (O. 7-11-1983.BOE 18-11-1983) (O. 5-6-87. BOE 20-6-1987) Del Reglamento de Aparatos a Presión

• ITC MIE AG20 de la Reglamentación de Aparatos que utilizan Gas como combustible.

• ISA-S5.1-84 Sobre Instrumentación de medición y control

• ISA-S5-3 Sobre Documentación de equipos. Simbología.

• ATEX 137 (Directiva 1999/92/EC) Sobre Atmósferas Explosivas

• ITC MIE BT026 Instrucción Técnica Complementaria Referente a Instalaciones o Locales con Riesgo de Explosión o Incendio.


56

1.9 BIBLIOGRAFÍA La Bibliografía usada en este proyecto comprende los siguientes documentos:

• Ingeniería de Control Moderna Autor: Katsuhiko Ogata

Editorial: Prentice Hall 1998

• Instrumentación Industrial Autor: Antonio Creus

Editorial: Marcombo 1997

• Explosion Protection Fundamentals

Autor: Siemens

Editorial: Siemens 2003

• Fundamentos sobre Válvulas de Control y Electroválvulas Autor: Bürkert

Editorial: Bürkert 2002

• Principle of Air Separation Autor: Linde, AG

Editorial: Linde, AG 1990

• Catálogo Variadores de Frecuencia Eurotherm 2003

• Catálogo Soplantes Aire Sodeca 2004

• Catálogo Válvulas de Seguridad WITT 2004

• Catálogo válvulas de bola PEKOS 2004

• Catálogo Regulador de Presión Ludewig+Tillman 2004

• Catálogo Válvulas de Alivio Lesser 2004

• Catálogo Másicos Bronckshorst 2003

• Catálogo Rotámetros Tecfluid 2000

• Catálogo PLC’s Direct Logic 2004

• Catálogo Pantallas Pro-Face 2003

Automatización de dos hornos para la recuperación de plomo Memoria de Cálculo

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2 MEMORIA DE CÁLCULO

La memoria de cálculo del presente proyecto comprende los siguientes apartados:

- Especificación de Materiales (Oxígeno, Aire y Gas Natural)

- Cálculo estequiométrico del ratio de combustión

- Cálculo de Consumos.

- Cálculo de diámetros de tubería

- Aspectos Eléctricos del Cuadro

- Listado de Entradas y Salidas

- Diagramas de Flujo

- Programación autómata (listado instrucciones lógicas para control 1 horno)

- Programación Pantalla Táctil (pantallas configuradas para control 1 horno)


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2.1 ESPECIFICACIÓN DE MATERIALES

2.1.1 Estación Gasificadora de Oxígeno

PROYECTO: Automatización de dos hornos para la

recuperación de Plomo

ESPECIFICACIÓN: Válvulas de Bola

Cliente: Acumuladores Tudor Hoja 1 de 2 Revisión: A Julio 2004 TAGS

V-1001 V-1003

VARIABLES DE PROCESOVariable Uds. Valor

NominalValor

MáximoValor

MínimoObservaciones

Presión Entrada bar 10 40 6 Presión Salida bar 10 40 6 Caudal Nm3/h 800 1000 0 Temperatura ºC -190 -196 -180 Fluido: Oxígeno Servicio: Línea Oxígeno Líquido hasta Evaporador

LÍNEADiámetro: 28x1,5 Material: Cobre aislado con Armaflex

MATERIALESCuerpo Acero al Carbono Juntas Teflón Bola Acero Inoxidable AISI 316L Cuello Acero Inoxidable AISI 316L con Cuello largo para servicio criogénico Estopada Teflón Mando Manual por volante

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1” Rosca Hembra Gas Salida 1” Rosca Hembra Gas

OBSERVACIONES• Todos los materiales deben de ser

aptos para su uso con oxígeno y libres de grasas.

• Proveedor: HEROSE

• Referencia: 01301.X.0001


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V-1002 V-1004


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 10 40 6 Presión Salida bar 10 40 6 Caudal Nm3/h 800 1000 0 Temperatura ºC 10 50 -50 Fluido: Oxígeno Servicio: Línea Oxígeno hasta bastidor

LÍNEADiámetro: 42x1,5 Material: Cobre

MATERIALESCuerpo Acero al Carbono Juntas Teflón Bola Acero Inoxidable AISI 316L Estopada Teflón Mando Manual por palanca

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 2 ½” Brida DIN 2526 forma C Salida 2 ½” Brida DIN 2526 forma C


aptos para su uso con oxígeno y libresde grasas.

• Proveedor: PEKOS

• Referencia: O-61-TTG-VN-DN65


60



ESPECIFICACIÓN: Válvulas de Alivio


SV-1001 SV-1002


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 10 40 6 Presión Salida bar 10 40 6 Caudal Nm3/h 800 1000 0 Temperatura ºC 10 50 -50 Rangos de Disparo bar 16 18 3,5 Fluido: Oxígeno Servicio: Línea Oxígeno hasta bastidor


MATERIALESCuerpo Acero al Cromo Juntas Teflón Disco X39 Cr Mo 17-1 Bonete GGG-40

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1/2” Rosca Macho Gas Salida 1/2” Rosca Hembra Gas



• Proveedor: LESER

• Referencia: 459 1/2”


61



ESPECIFICACIÓN: Electroválvulas


EV-1001 EV-1002


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 10 40 6 Presión Salida bar 10 40 6 Caudal Nm3/h 800 1000 0 Temperatura ºC 10 50 -50 Fluido: Oxígeno Servicio: Línea Oxígeno hasta bastidor


MATERIALESCuerpo Acero al Carbono Juntas Teflón Bola Acero Inoxidable AISI 316L Estopada Teflón Mando Actuador neumático doble efecto con 2 contactos final de carrera 1NA+1NC

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 2 1/2” Brida DIN 2526 forma C Salida 2 1/2” Brida DIN 2526 forma C





• Actuador neumático Doble Efecto.Con dos finales de carrera.Alimentación 24 Vca. Proveedor AIRTORQUE. Mod.AT 201 DA


62

2.1.2 Materiales Bastidor de Oxígeno





V-1101 V-1201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 9 40 6 Presión Salida bar 9 40 6 Caudal Nm3/h 400 400 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Oxígeno Servicio: Suministro Oxígeno Bastidor a Hornos



CONEXIÓN A PROCESOEntrada 2 ½” Brida DIN 2526 forma C Salida 2 ½” Brida DIN 2526 forma C






63





V-1102 V-1205 V-1105 V-1210 V-1110 V-1202


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 3 40 0 Presión Salida bar 3 40 0 Caudal Nm3/h 10 25 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Oxígeno Servicio: Válvulas fijación manómetros


MATERIALESCuerpo Latón Juntas Teflón Bola Acero Inoxidable AISI 316L Estopada Teflón Mando Manual por palanca

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1/2” Rosca Hembra Gas Salida 1/2” Rosca Hembra Gas



• Válvula para fijación de manómetros

• Proveedor: Kitz

• Referencia: 1/2” 58-AKSZA


64





V-1103 V-1104 V-1203 V-1204


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 3 40 0 Presión Salida bar 3 40 0 Caudal Nm3/h 10 25 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Oxígeno Servicio: Válvulas línea encendido






• Proveedor: Kitz



65





V-1106 V-1206 V-1107 V-1207 V-1108 V-1208 V-1109 V-1209


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 3 40 0 Presión Salida bar 3 40 0 Caudal Nm3/h 100 100 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Oxígeno Servicio: Válvulas línea oxígeno aporte



CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1 1/2” Brida DIN 2526 forma C Salida 1 1/2” Brida DIN 2526 forma C






66



ESPECIFICACIÓN: Reguladores de Presión


PCV-1101 PCV-1201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 9 50 0 Presión Salida bar 2 50 0 Caudal Nm3/h 400 500 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Oxígeno Servicio: Regulación Oxígeno bastidor


MATERIALESCuerpo Hierro fundido GGG 40.3 Juntas Teflón Diafragma Kalrez Bridas Hierro fundido (DIN 3202-F3)

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 2” Rosca Hembra Gas Salida 2” Rosca Hembra Gas



• Proveedor: L+T Gasetechnik

• Referencia: LTD-2


67



ESPECIFICACIÓN: Manómetros de Contacto


PISHL-1101 PISHL-1201


NominalValor

MáximoValor


Rango Presiónes bar 3 6 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Diámetro mm 100 Alimentación Elec. 24 Vcc Fluido: Oxígeno Servicio: Control presión suministro oxígeno


MATERIALESCuerpo Acero inoxidable 1.4571 P. Medida Tubo de Bourdon Puntero Aluminio Dial Aluminio Ventana Cristal Seguridad Laminado

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1/2” Rosca Macho Gas Salida



• Proveedor: Instrumentos Wika, S.A.

• Referencia: 232.50.100

• Con dos contactos inductivos de alta ybaja presión (1NA + 1NC)

• Referencia Contactos: 831.21

• Precisión: ±0,4% V.F.E.


68





PISL-1102 PISL-1103 PISL-1202 PISL-1203


NominalValor

MáximoValor


Rango Presiónes mbar 500 1000 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Diámetro mm 100 Alimentación 24 Vcc Fluido: Oxígeno Servicio: Control presión entrada oxígeno a hornos

LÍNEADiámetro: 54x1,5 y 35x1,5 Material: Cobre







• Con un contacto inductivo de bajapresión (1NC)




69



ESPECIFICACIÓN: Indicador de Temperatura


TI-1101 TI-1201


NominalValor

MáximoValor


Temperatura ºC 10 60 -20 Diámetro mm 100 Fluido: Oxígeno Servicio: Visualización Temperatura Oxígeno


MATERIALESCuerpo Acero inoxidable 1.4571 P. Medida Bulbo Puntero Aluminio Dial Aluminio Ventana Cristal Laminado

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1/2” Vaina de inserción ∅ 8mm y longitud 150 mm con racor soldadoSalida




• Referencia: Mod. A5500

• Límite de error: 1º


70



ESPECIFICACIÓN: Transmisores de Caudal


FT-1101 FT-1201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 2 Presión Salida bar 2 Caudal Nm3/h 300 350 6 Temperatura ºC 10 70 -10 Alimentación V 24 Vcc Salida Analógica mA 20 4 Señal Pasiva Fluido: Oxígeno Servicio: Regulación de Oxígeno en líneas hornos


MATERIALESCuerpo Acero inoxidable AISI316 Juntas Vitón Protección IP-65

CONEXIÓN A PROCESOEntrada DN-50 Brida PN16 Salida DN-50 Brida PN16



• Proveedor: BRONKHORST HI-TEC IN-FLOW

• Referencia: F-106C1-HDD-02-V

• Precisión: ±1% V.F.E.


71



ESPECIFICACIÓN: Válvulas de Control


FCV-1101 FCV-1201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bara 3 Presión Salida bara 1 Caudal Nm3/h 300 350 6 Temperatura ºC 10 70 -10 Alimentación V 24 Vcc Entrada Analógica mA 20 4 Señal Pasiva Fluido: Oxígeno Servicio: Control de caudal en líneas princ. hornos


MATERIALESCuerpo Bronce Asiento PTFE Protección IP-65 Actuador Neumático de Simple Efecto Normalmente cerrado Aire Presión de suministro 6-8 bar exento de humedad y grasas.




• Proveedor: Bürkert

• Referencia: 2712

• Posicionador mod. 8630

• DN de Regulación: 32mm


72





EV-1101 EV-1201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bara 3 Presión Salida bara 1 Caudal Nm3/h 25 30 0 Temperatura ºC 10 70 -10 Alimentación V 24 Vcc Fluido: Oxígeno Servicio: Líneas de encendido quemadores


MATERIALESCuerpo Bronce Juntas PTFE Protección IP-65 Actuador Neumático de Simple Efecto Normalmente cerrado On/Off con electroválvula de pilotaje montada directamente sobre el actuador. Aire Presión de suministro 6-8 bar exento de humedad y grasas.

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1/2” Soldada a Tubería Salida 1/2” Soldada a Tubería






73





EV-1102 EV-1103 EV-1202 EV-1203


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bara 3 Presión Salida bara 1 Caudal Nm3/h 100 125 0 Temperatura ºC 10 70 -10 Alimentación V 24 Vcc Fluido: Oxígeno Servicio: Líneas de oxígeno de aporte



CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1 1/2” Brida DN35 Salida 1 1/2” Brida DN35






74



ESPECIFICACIÓN: Rotámetros


FI-1101 FI-1201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 2 0 Presión Salida bar 2 0 Caudal Nm3/h 100 120 12 Temperatura ºC 10 70 -10 Fluido: Oxígeno Servicio: Líneas de oxígeno de aporte


MATERIALESCaja Aluminio Plastificado Tubo Medida Acero Inoxidable AISI 316L Flotador Acero Inoxidable AISI 316L Aguja Aluminio Escala Aluminio Ventana Policarbonato




• Proveedor: TECFLUID

• Referencia: SC-250



75



ESPECIFICACIÓN: Válvulas de Seguridad


NRV-1101 NRV-1201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada mbar 500 1000 0 Presión Salida mbar 500 1000 0 Caudal Nm3/h 300 1000 0 Temperatura ºC 10 70 -10 Fluido: Oxígeno Servicio: Líneas de oxígeno principales


MATERIALESCuerpo Latón Filtro Acero Inoxidable AISI 316L Clapeta Acero Inoxidable AISI 316L




• Proveedor: WITT

• Referencia: WITT RV-80

• Dimensiones: 350x200 mm

• Mínima Presión Apertura:500mbar


76





NRV-1102 NRV-1202


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada mbar 500 1000 0 Presión Salida mbar 500 1000 0 Caudal Nm3/h 100 1000 0 Temperatura ºC 10 70 -10 Fluido: Oxígeno Servicio: Líneas de oxígeno principales






• Proveedor: WITT

• Referencia: WITT 339




77

2.1.3 Materiales Bastidor de Gas Natural





V-6101 V-6201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada mbar 150 200 0 Presión Salida mbar 150 200 0 Caudal Nm3/h 120 150 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Gas Natural Servicio: Suministro Gas Natural Bastidor a Hornos



CONEXIÓN A PROCESOEntrada 3” Brida DIN 2526 forma C Salida 3” Brida DIN 2526 forma C

OBSERVACIONES• Proveedor: PEKOS



78





V-6104 V-6204


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 150 200 0 Presión Salida bar 150 200 0 Caudal Nm3/h 120 150 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Gas Natural Servicio: Válvulas fijación manómetros




OBSERVACIONES• Válvula para fijación de manómetros

• Proveedor: Kitz



79





V-6102 V-6103 V-6202 V-6203


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 150 200 0 Presión Salida bar 150 200 0 Caudal Nm3/h 120 150 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Gas Natural Servicio: Válvulas línea encendido




OBSERVACIONES• Proveedor: Kitz



80





PCV-6101 PCV-6201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 200 200 0 Presión Salida bar 150 200 0 Caudal Nm3/h 120 150 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Gas Natural Servicio: Regulación Gas bastidor


MATERIALESCuerpo Latón Juntas PTFE Diafragma PTFE Bridas Hierro fundido (DIN 3202-F3)

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 3” Brida DN80 PN16 Salida 3” Brida DN80 PN16

OBSERVACIONES• Proveedor: KROMSCHROEDER

• Referencia: VGBF-80


81





EV-6101 CT-6101 EV-6102 CT-6201 EV-6201 EV-6202


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 150 200 0 Presión Salida bar 150 200 0 Caudal Nm3/h 120 150 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Alimentación V 24 Vcc Fluido: Gas Natural Servicio: Detección Estanqueidad Líneas a Hornos


MATERIALESCuerpo Latón Juntas PTFE Protección IP-65 Actuador Motorizado (Eléctrico). Tensión de alimentación 24Vcc.

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 3” Brida DN80 Salida 3” Brida DN80

OBSERVACIONES• Proveedor: Kromschroeder

• Referencia: VK 80 F10 T5 A93D

• Sistema compuesto de 2Electroválvulas y un detector deestanqueidad (CT-6101 y CT-6201)

• Tensión Alimentación: CT: 24 Vcc

• Proveedor CT: Kromschroeder

• Referencia:TC-318 R 05-T


82





EV-6103 EV-6203


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bara 1,150 1,200 0 Presión Salida bara 1 1,15 0 Caudal Nm3/h 12 15 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Alimentación V 24 Vcc Fluido: Gas Natural Servicio: Líneas encendido quemadores



CONEXIÓN A PROCESOEntrada 3/4” Soldada a Tubería Salida 3/4” Soldada a Tubería

OBSERVACIONES• Proveedor: Bürkert



83



ESPECIFICACIÓN: Indicador de Temperatura


TI-6101 TI-6201


NominalValor

MáximoValor


Temperatura ºC 10 60 -20 Diámetro mm 100 Fluido: Gas Natural Servicio: Visualización Temperatura Gas Natural


MATERIALESCuerpo Acero inoxidable 1.4571 P. Medida Bulbo Puntero Aluminio Dial Aluminio Ventana Cristal Laminado

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1/2” Vaina de inserción ∅ 8mm y longitud 150 mm con racor soldadoSalida

OBSERVACIONES• Proveedor: Instrumentos Wika, S.A.

• Referencia: Mod. A5500

• Límite de error: 1º


84



ESPECIFICACIÓN: Transmisores de Caudal


FT-6101 FT-6201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada mbar 150 Presión Salida mbar 150 Caudal Nm3/h 120 150 3 Temperatura ºC 10 70 -10 Alimentación V 24 Vcc Salida Analógica mA 20 4 Señal Pasiva Fluido: Gas Natural Servicio: Regulación de Gas en líneas hornos


MATERIALESCuerpo Acero inoxidable AISI316 Juntas Vitón Protección IP-65


OBSERVACIONES• Proveedor: BRONKHORST HI-TEC

IN-FLOW

• Referencia: D-6280-HGB-DD-AV-56

• Precisión: ±1% V.F.E.


85



ESPECIFICACIÓN: Válvulas de Control


FCV-6101 FCV-6201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bara 1,15 0 Presión Salida bara 1 0 Caudal Nm3/h 120 150 6 Temperatura ºC 10 70 -10 Alimentación V 24 Vcc Entrada Analógica mA 20 4 Señal Pasiva Fluido: Gas Natural Servicio: Control de caudal en líneas princ. hornos


MATERIALESCuerpo Bronce Asiento PTFE Protección IP-65 Actuador Neumático de Simple Efecto Normalmente cerrado Aire Presión de suministro 6-8 bar exento de humedad y grasas.


OBSERVACIONES• Proveedor: Bürkert


• Posicionador mod. 8630

• DN de Regulación: 32mm


86





PISL-6101 PISL-6201


NominalValor

MáximoValor


Rango Presiónes mbar 1,150 1,20 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Diámetro mm 100 Alimentación 24 Vcc Fluido: Gas Natural Servicio: Control presión entrada gas a hornos










87





NRV-6101 NRV-6201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bara 1,50 1,20 0 Presión Salida bara 1,50 1,20 0 Caudal Nm3/h 120 1000 0 Temperatura ºC 10 70 -10 Fluido: Gas Natural Servicio: Líneas de Gas Naturales principales




OBSERVACIONES• Proveedor: WITT





88

2.1.4 Materiales Bastidor de Aire Comprimido y Aire Soplante



ESPECIFICACIÓN: Soplante


M-2101 M-2201


NominalValor

MáximoValor


Velocidad rpm 2880 Potencia Instalada kW 0,75 Caudal m3/h 1400 Nivel Sonoro dB 82 Temperatura ºC 10 120 -10 Fluido: Aire Soplante Servicio: Barrido Gas Quemadores


MATERIALESCarcasa Fundición Aluminio Turbinas Fundición Aluminio (324-531) Aislamiento Clase F Protección IP-55

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 3” Brida de acoplamiento a Tubería 3” Salida

OBSERVACIONES• Proveedor: SODECA

• Referencia: CMAT-528-2T


89



ESPECIFICACIÓN: Manómetros


PI-2101 PI-2201


NominalValor

MáximoValor


Rango Presiones mbar 200 250 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Diámetro mm 100 Fluido: Aire Soplante Servicio: Visualización presión aire barrido










90





NRV-2101 NRV-2201


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bara 1,20 0 Presión Salida bara 1,25 1,20 0 Caudal Nm3/h 120 1000 0 Temperatura ºC 10 70 -10 Fluido: Aire Soplante Servicio: Líneas de aire de barrido




OBSERVACIONES• Proveedor: WITT





91





PISL-2001


NominalValor

MáximoValor


Rango Presiónes bar 6 8 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Diámetro mm 100 Alimentación 24 Vcc Fluido: Aire Compresor Servicio: Aire líneas de instrumentación










92





PCV-2001


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 8 9 0 Presión Salida bar 6 9 0 Caudal Nm3/h 50 80 0 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Aire Comprimido Servicio: Aire pilotaje instrumentos


MATERIALESCuerpo Hierro fundido GGG 40.3 Juntas Teflón Diafragma Kalrez Bridas Hierro fundido (DIN 3202-F3)


OBSERVACIONES• Proveedor: CAHOUET

• Referencia: BP-100


93





V-2002 V-2101 V-2201

VARIABLES DE PROCESO

Variable Uds. Valor Nominal

Valor Máximo

Valor Mínimo

Observaciones

Presión Entrada bar 6 8 0 Presión Salida bar 6 8 0 Caudal Nm3/h 50 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Aire Comprimido Servicio: Válvulas fijación manómetros




OBSERVACIONES• Válvula para fijación de manómetros

• Proveedor: Kitz



94





V-2001


NominalValor

MáximoValor


Presión Entrada bar 6 8 0 Presión Salida bar 6 8 0 Caudal Nm3/h 50 Temperatura ºC 10 50 -10 Fluido: Aire Comprimido Servicio: Línea Distribución Aire




OBSERVACIONES• Proveedor: Kitz



95

2.1.5 Materiales Acometidas a Hornos



ESPECIFICACIÓN: Sondas de Temperatura


TT-0101 TT-0201


NominalValor

MáximoValor


Temperatura ºC 1100 1500 200 Fluido: Humos Escape Servicio: Cámara Post-combustión

LÍNEADiámetro: Material:

MATERIALESCaña Pt Rh-Pt 10% Termopozo Vainas cerámicas Cuello Acero Inoxidable AISI 309 Cabezal DIN B

CONEXIÓN A PROCESOEntrada 1” Salida

OBSERVACIONES• Caña pirométrica ∅35 tipo “S”. Doble

funda y varilla aislante. Longitud400mm ∅26. Cabezal DIN-A

• Proveedor: COTESA

• Con 10 mts cable compensado tipo“S” de fibra y malla.


96



ESPECIFICACIÓN: Quemadores


B-0101 B-0201


NominalValor

MáximoValor


Potencia kW 1200 1300 120 Combustible Gas Natural Comburente Oxígeno Presión Alimentación bar 40 Fluido: Oxígeno + Gas Natural Servicio: Fusión horno

LÍNEADiámetro: Material:

MATERIALESTubo Acero Inoxidable Refractario AISI 309 Piedra Cerámica refractaria

CONEXIÓN A PROCESOEntrada O2 2” Entrada CH4 2”

OBSERVACIONES• Incorpora orificios para detección de

llama.

• Incorporar orificios para refrigeraciónpor agua

• Proveedor: BP

• Referencia: BP M.O.L.120


97

2.2 CÁLCULO ESTEQUIMÉTRICO DEL RATIO DE COMBUSTIÓN En el capitulo sobre combustión, definíamos la combustión estequiométrica como

aquella en la que intervenía la mínima cantidad de aire, con la finalidad de no producir inquemados. La relación entre comburente y combustible es tal que todo el comburente aportado es quemado en el horno, con lo cual no tenemos salida de oxígeno por la chimenea.

Para hallar dicha relación o ratio partimos de la siguiente igualdad:

22222 NOHCONOHC ++=+++

En nuestro caso, el hidrocarburo usado es metano (CH4) y el comburente es el oxígeno, con lo cual el Nitrógeno (N2) desaparece de la igualdad quedando de la siguiente forma:

OHCOOCH 2224 +=+

Para obtener esta igualdad ideal, es decir que el producto obtenido de la combustión de Gas Natural + Oxígeno sea igual a CO2 + Vapor de agua, debemos hallar la relación entre comburente y combustible mediante la igualación de términos en ambos extremos de la igualdad

OHCOOCH 2224 22 +=+

Como se puede observar en el extremo izquierdo de la igualdad, es necesario combustionar (idealmente) 2 partes de Oxígeno por una de Gas Natural. Esta es pues la relación entre comburente y combustible:

2)(

)(

4

2 ≈CHeCombustiblOComburente


98

2.3 CÁLCULO DE CONSUMOS Para hallar los consumos de combustibles y comburentes debemos conocer algunos

datos:

• Nº de Quemadores por horno = 1.

• Potencia de cada Quemador (kW) = 1200 W.

• Gas Combustible = Gas Natural.

• Gas Comburente = Oxígeno

• Poder Calorífico Superior (Combustible) = 8570 kcal/Nm3

1er. Paso: Conversión de la potencia a kcal.

kcalkW 10320008601200 =∗

2º Paso: Hallar el consumo de Gas Natural.

hNmNmkcalPCSkcalPotenciaQgas /312062,118

85701032000

)/()(3 ≈===

3er. Paso: Hallar el consumo de Oxígeno.

hNmhNmRatioQQ gasO /32402/31202 =∗=∗=

240 Nm3/h es el caudal teórico de oxígeno, pero el proceso de fusión de plomo, va a requerir en algún momento tener un exceso o un defecto del mismo, en función del estadio en el que se encuentre, con lo cual fijamos un ratio máximo de 2,5, quedando la igualdad de la siguiente manera:

hNmhNmRatioQQ gasO /33005,2/31202 =∗=∗=

Los caudales quedan fijados pues de la siguiente manera, siendo iguales para el horno nº 1 y el horno nº 2.

• Caudal Oxígeno: 300 Nm3

• Caudal Gas Natural: 120 Nm3


99

2.4 CÁLCULO DE DIÁMETROS DE TUBERÍA Es necesario determinar los diámetros de tubería para cada tramo, para poder

garantizar el paso del caudal necesario a presión y velocidad constante.

Para ello debemos conocer los siguientes datos:

• Presión de entrada absoluta (bar)

• Presión de Salida absoluta (bar)

• Caudal (Nm3/h)

• Densidad relativa del fluido

• Temperatura

• Viscosidad

• Longitud del tramo de tubería

Definiremos como se realizan dichos cálculos y los ejecutaremos posteriormente en una hoja de cálculo que se anexará el proyecto. Posteriormente reflejaremos los resultados obtenidos en la memoria de cálculo.

Tal y como veremos en la hoja de cálculo, el método para hallar los diámetros es un sistema de tanteo, donde habrá que ir simulando diámetros deseados hasta conseguir la velocidad del gas deseada.

Hay que tener en cuenta que en canalizaciones, la velocidad del oxígeno, debe ser inferior a 20 m/s y para los gases inflamables nunca debemos sobrepasar el umbral de 10 m/s.

1er. Paso: Hallar la Densidad ficticia del gas

La formula usada es la siguiente. 96.104.0

944.085.0

288273)(ºª

16,0.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

××⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛×=

CTZViscrels ρρ

Donde Z es:

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

−=500

21

PsPe

Z

2º Paso: Hallar el Caudal real

En función de los puestos de consumo y el coeficiente de simultaneidad, hallamos el caudal real.

oPtosconsumdadSimultaneiCoefQcalcQreal ××= ..


100

3er. Paso: Hallar el Diámetro Teórico

En primer lugar debemos compensar las perdidas de carga, y esto se soluciona multiplicando la longitud del tramo de tubería por un coeficiente que irá en función de los accesorios instalados en la misma, así como reducciones de sección.

En este caso hemos escogido 1,2 como coeficiente de compensación, aunque existen ábacos para calcular la perdida de carga por cada elemento instalado.

2,1×= realeq LL

Una vez hallamos la longitud equivalente, Hallamos el diámetro teórico mediante la siguiente expresión:

( ) ( )

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

−

×××=

82,41

22

82,16,48

absabs

realeqsteor

PsPe

QLρφ

4º Paso: Hallar [(Pe)2-(Ps)2] y Ps

Las fórmulas enumeradas a continuación serán la base para el cálculo de la velocidad.

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ×××=− 82,4

int

82,122 6,48

doselecciona

realeqsse

QLPP

φ

ρ

( ) ( )[ ]222seabses PPPP −−=

5º Paso: Hallar las Perdidas Reales

sabsereales PPP −= )(

6º Paso: Hallar velocidad [m/s]

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

××

=doseleccionas

real

PQ

Vint

354φ

7º Paso: Para comprobar que el caudal es el especificado por nosotros [Nm3/h]

354int intφ

φ ×××= sPVQ


101

Los diámetros estandarizados de tubería de cobre, son los que se presentan a continuación. Y son estos los que debemos usar para el cálculo de velocidades.

TUBERIAS DE COBRE Dimensiones según norma Métrica

Tamaños Diámetros Interiores Diam. Exteriores Usuales (mm) e=1mm e=1,2mm e=1,5mm e=2mm

6 4 8 6 10 8 7,6 7 6 12 10 9,6 9 8 14 12 11,6 11 10 15 13 12,6 12 11 16 14 13,6 13 12 18 16 15,6 15 14 22 20 19,6 19 18 28 26 25,6 25 24 35 33 32,6 32 31 42 40 39,6 39 38 54 52 51,6 51 50 67 65 64,6 64 63 80 78 77,6 77 76 106 104 103,6 103 102

Para los cálculos, usaremos una tubería de espesor 1,5mm, y como hemos dicho anteriormente, tantearemos con dichos valores hasta conseguir una velocidad adecuada.

Los datos necesarios para realizar los cálculos se representan en la siguiente tabla:

GASES DE PROCESO OXÍGENO GAS NATURAL

Presión de Entrada absoluta 3 bar 1,150 bar Presión de Salida absoluta (bar) 1 bar 1 bar Caudal (Nm3/h) 300 Nm3/h + 100 Nm3/h 120 Nm3/h Densidad Relativa 1,105 0,64 Temperatura (ºC) 10 ºC 10 ºC Viscosidad 0,34 0,34 Longitud Tramos Tubería (m) 10 m 10 m


102

Observamos que el caudal de oxígeno calculado es de 300 Nm3/h pero le añadimos 100 Nm3/h para tener en cuenta el oxígeno de aporte

Si aplicamos estos valores a la hoja de cálculo de diámetros, obtenemos los siguientes valores de diámetros en los siguientes tramos de tubería de proceso. La tabla siguiente indica los valores calculados, y que serán los usados para dimensionar los equipos.

OXÍGENO Tramo Tubería Diámetro (mm) Velocidad (m/s) <20 m/s

Acometida ∅ 42x1,5 10,39 m/s Ok Línea Principal Horno 1 ∅ 54x1,5 13,69 m/s Ok

Línea Aporte Horno 1 ∅ 35x1,5 11,61 m/s Ok Línea Principal Horno 2 ∅ 54x1,5 13,69 m/s Ok

Línea Aporte Horno 2 ∅ 35x1,5 11,61 m/s Ok Línea By-Pass Encendido ∅ 15x1,5 14,44 m/s Ok

GAS NATURAL Tramo Tubería Diámetro (mm) Velocidad (m/s) <10 m/s

Acometida ∅ 106x1,5 6,97 m/s Ok Línea Principal Horno 1 ∅ 80x1,5 6,23 m/s Ok Línea Principal Horno 2 ∅ 80x1,5 6,23 m/s Ok Línea By-Pass Encendido ∅ 22x1,5 6,85 m/s Ok

AIRE PURGA (Caudal Soplante 300 Nm3) (presión 1,150 bar) Tramo Tubería Diámetro (mm) Velocidad <20 m/s

Inserción en línea Gas Horno 1 ∅ 80x1,5 15,63 m/s Ok Inserción en línea Gas Horno 2 ∅ 80x1,5 15,63 m/s Ok

Si observamos bien, podemos apreciar, que la acometida de oxigeno, aun siendo la que mas caudal lleva 400 Nm3/h (en el peor de los casos), es la que tiene uno de los menores diámetros. Esto es debido a que la presión en este tramo es mayor que la presión de trabajo (aproximadamente 10 bar).


103

2.5 ASPECTOS ELÉCTRICOS DEL CUADRO

2.5.1 Fuentes de Alimentación Para dimensionar las fuentes de alimentación del cuadro, es necesario conocer las

potencias o bien las intensidades de los equipos.

En la tabla siguiente se enuncian los equipos alimentados a 24 Vcc de cada horno

Descripción Cantidad Intensidad unit. Intensidad Total

Pantalla Táctil Armario Control 1 300 300

PISHL-1101 1 25 25

FT-1101 1 200 200

FCV-1101 1 250 250

PISL-1102 1 25 25

EV-1101 1 85 85

EV-1102 1 85 85

EV-1103 1 85 85

PISL-1103 1 25 25

EV-6101 1 85 85

EV-6102 1 85 85

CT-6101 1 100 100

FT-6101 1 200 200

FCV-6101 1 250 250

PISL-6101 1 25 25

EV-6103 1 85 85

PISL-2001 1 25 25

Total 1935 mA

La intensidad de control asciende a 1.935mA con lo cual dimensionaremos las fuentes de alimentación de 5 Amperios cada una de ellas. Sobredimensionando las fuentes de alimentación garantizamos que una sola de las fuentes pueda maniobrar los dos hornos en caso de avería de la otra.


104

2.5.2 Secciones eléctricas El armario eléctrico, independientemente de sus funciones de control, es el

encargado de albergar la alimentación eléctrica de la soplante y la alimentación del motor variador de frecuencia de rotación del horno.

Como se verá posteriormente en los esquemas eléctricos (PFC-CX-0007) hay una acometida común trifásica, de la cual se derivaran 2 líneas trifásicas (una por cada horno). De cada una de estas líneas, se colgara la potencia y la maniobra de control de cada uno de los hornos.

La sección de entrada de la manguera trifásica deberá ser capaz de soportar el funcionamiento ininterrumpido de los dos hornos con sus correspondientes motores variadores de 10 kW cada uno.

Por ello se ha establecido una sección de 8mm2. A partir de la línea de entrada, las derivaciones para los dos hornos se realizaran mediante hilos de sección 6mm2. Las secciones para alimentar a los motores, se realizaran mediante mangueras de 4,5mm2. Y finalmente la maniobra y el control se realizaran mediante hilo de cobre de 1,5mm2.


105

2.6 LISTADO DE ENTRADAS Y SALIDAS La base para la programación de un PLC, es el listado de entrada y salidas. De este

listado se dimensiona el autómata y se establecen los parámetros para la programación.

En la memoria descriptiva, ya se comento el tipo de autómatas que se ubicaran en el cuadro de control.

La primera columna del listado indica el nombre del equipo o TAG, la siguiente columna indica la descripción de la señal. La tercera resume la tipología de la señal; si es analógica o digital, o bien si es una entrada o una salida. Luego se indica el número de tarjeta y el orden de cada señal dentro de cada tarjeta.

Para el caso de señales analógicas se muestran las unidades de ingeniería con las que trabaja y sus valores extremos.

Finalmente tenemos a que horno corresponde cada señal y la numeración que adquirirá en el PLC.

La disposición del autómata, que en este caso tiene 9 slots de expansión de tarjetas nos hace colocar en primer lugar la tarjeta mixta de entradas y salidas analógicas. A continuación se colocan tres tarjetas de entradas digitales (la última de reserva o de recambio) y para acabar tres tarjetas de salidas digitales ( la última de reserva o de recambio). Finalmente queda en el rack de tarjetas, un slot vacío para posibles ampliaciones.

A continuación se muestran las entradas y salidas de cada horno.

ETSEUniversitat Rovira i Virgili

PROYECTO: Control de Combustión para dos Hornos de Fusión de PlomoDOCUMENTO: LISTA ENTRADAS/SALIDAS

REVISION: 1FECHA: 19/08/2004

Pág.: 1 de 4

TAG DESCRIPCION TIPO TARJ. CANAL EU_LO EU_HI EU Área Num. PLCFT1101 Caudal Oxígeno Horno AI 1 1 6 350 m3/h HORNO 1 V2020FT6101 Caudal Gas Natural Horno AI 1 2 3 150 m3/h HORNO 1 V2021TT-0101 Temperatura Cámara Post-Combustión AI 1 3 0 1500 ºC HORNO 1 V2022

Reserva AI 1 4 HORNO 1 V2023FCV1101 Válvula regulación Oxígeno AO 1 5 0 100 % HORNO 1 V2024FCV6101 Válvula regulación Gas Natural AO 1 6 0 100 % HORNO 1 V2025PISH1101 Contacto Alta Presión suministro Oxígeno DI 2 1 HORNO 1 X20PISL1101 Contacto Baja Presión suministro Oxígeno DI 2 2 HORNO 1 X21PISL1102 Contacto Alta Presión O2 Quemador DI 2 3 HORNO 1 X22PISL1103 Contacto Alta Presión O2 Etapas DI 2 4 HORNO 1 X23PISL2001 Contacto Baja Presión suministro Aire Instrumentos DI 2 5 HORNO 1 X24PISL6101 Contacto Baja Presión Gas Natural Quemador DI 2 6 HORNO 1 X25CT6101 Reserva DI 2 7 HORNO 1 X26BE0101 Detector de llama UV DI 2 8 HORNO 1 X27XMC2101 Confirmación marcha soplante DI 3 1 HORNO 1 X30FISH2O1 Contacto Mínimo caudal H2O refrigeración DI 3 2 HORNO 1 X31TISH2O1 Contacto Máxima Temperatura H2O refrigeración DI 3 3 HORNO 1 X32PE0101 Paro Emergencia Cuadro DI 3 4 HORNO 1 X33TSH0101 Enclavamientos Temperatura Seguridad Filtros DI 3 5 HORNO 1 X34

Reserva DI 3 6 HORNO 1 X35YZ0101 Conmutador de Encendido en posición llama piloto (I) DI 3 7 HORNO 1 X36YZ0102 Conmutador de Encendido en posición trabajo (II) DI 3 8 HORNO 1 X37

Reserva DI 4 1 HORNO 1 X40Reserva DI 4 2 HORNO 1 X41Reserva DI 4 3 HORNO 1 X42Reserva DI 4 4 HORNO 1 X43Reserva DI 4 5 HORNO 1 X44Reserva DI 4 6 HORNO 1 X45Reserva DI 4 7 HORNO 1 X46Reserva DI 4 8 HORNO 1 X47

EV1101 Electro-válvula Encendido Oxígeno DO 5 1 HORNO 1 Y20EV1102 Electro-válvula Oxígeno 1ª Etapa DO 5 2 HORNO 1 Y21EV1103 Electro-válvula Oxígeno 2ª Etapa DO 5 3 HORNO 1 Y22EV6101 Electro-válvula principal Gas Natural tren válvulas DO 5 4 HORNO 1 Y23EV6102 Electro-válvula acometida Gas Natural tren válvulas DO 5 5 HORNO 1 Y24EV6103 Electro-válvula Gas Natural Encendido DO 5 6 HORNO 1 Y25EV1104 Electro-válvula pilotaje para regulación Oxígeno DO 5 7 HORNO 1 Y26EV6104 Electro-válvula pilotaje para regulación Gas DO 5 8 HORNO 1 Y27




Pág.: 2 de 4

TAG DESCRIPCION TIPO TARJ. CANAL EU_LO EU_HI EU Área Num. PLCSC0101 Primer programa variador frecuencia (Carga) DO 6 1 HORNO 1 Y30SC0102 Segundo programa variador frecuencia (Desulfurizac.) DO 6 2 HORNO 1 Y31SC0103 Tercer programa variador frecuencia (Reducción) DO 6 3 HORNO 1 Y32SCM0101 Orden de Marcha Variador DO 6 4 HORNO 1 Y33SDR0101 Orden de Giro Derecha variador DO 6 5 HORNO 1 Y34SIZ0101 Orden de Giro Izquierda variador DO 6 6 HORNO 1 Y35XL0101 Piloto rojo anomalia DO 6 7 HORNO 1 Y36XM0101 Orden de Marcha Soplante DO 6 8 HORNO 1 Y37

Reserva DO 7 1 HORNO 1 Y40Reserva DO 7 2 HORNO 1 Y41Reserva DO 7 3 HORNO 1 Y42Reserva DO 7 4 HORNO 1 Y43Reserva DO 7 5 HORNO 1 Y44Reserva DO 7 6 HORNO 1 Y45Reserva DO 7 7 HORNO 1 Y46Reserva DO 7 8 HORNO 1 Y47




Pág.: 3 de 4

TAG DESCRIPCION TIPO TARJ. CANAL EU_LO EU_HI EU Área Num. PLCFT2101 Caudal Oxígeno Horno AI 1 1 6 350 m3/h HORNO 2 V2030FT6201 Caudal Gas Natural Horno AI 1 2 3 150 m3/h HORNO 2 V2031TT-0201 Temperatura Cámara Post-Combustión AI 1 3 0 1500 ºC HORNO 2 V2032

Reserva AI 1 4 HORNO 2 V2033FCV1201 Válvula regulación Oxígeno AO 1 5 0 100 % HORNO 2 V2034FCV6201 Válvula regulación Gas Natural AO 1 6 0 100 % HORNO 2 V2035PISH1201 Contacto Alta Presión suministro Oxígeno DI 2 1 HORNO 2 X50PISL1201 Contacto Baja Presión suministro Oxígeno DI 2 2 HORNO 2 X51PISL1202 Contacto Alta Presión O2 Quemador DI 2 3 HORNO 2 X52PISL1203 Contacto Alta Presión O2 Etapas DI 2 4 HORNO 2 X53

Reserva DI 2 5 HORNO 2 X54PISL6201 Contacto Baja Presión Gas Natural Quemador DI 2 6 HORNO 2 X55CT6201 Reserva DI 2 7 HORNO 2 X56BE0201 Detector de llama UV DI 2 8 HORNO 2 X57XMC2201 Confirmación marcha soplante DI 3 1 HORNO 2 X60FISH2O2 Contacto Mínimo caudal H2O refrigeración DI 3 2 HORNO 2 X61TISH2O2 Contacto Máxima Temperatura H2O refrigeración DI 3 3 HORNO 2 X62PE0201 Paro Emergencia Cuadro DI 3 4 HORNO 2 X63TSH0201 Enclavamientos Temperatura Seguridad Filtros DI 3 5 HORNO 2 X64

Reserva DI 3 6 HORNO 2 X65YZ0201 Conmutador de Encendido en posición llama piloto (I) DI 3 7 HORNO 2 X66YZ0202 Conmutador de Encendido en posición trabajo (II) DI 3 8 HORNO 2 X67

Reserva DI 4 1 HORNO 2 X70Reserva DI 4 2 HORNO 2 X71Reserva DI 4 3 HORNO 2 X72Reserva DI 4 4 HORNO 2 X73Reserva DI 4 5 HORNO 2 X74Reserva DI 4 6 HORNO 2 X75Reserva DI 4 7 HORNO 2 X76Reserva DI 4 8 HORNO 2 X77

EV1201 Electro-válvula Encendido Oxígeno DO 5 1 HORNO 2 Y50EV1202 Electro-válvula Oxígeno 1ª Etapa DO 5 2 HORNO 2 Y51EV1203 Electro-válvula Oxígeno 2ª Etapa DO 5 3 HORNO 2 Y52EV6201 Electro-válvula principal Gas Natural tren válvulas DO 5 4 HORNO 2 Y53EV6202 Electro-válvula acometida Gas Natural tren válvulas DO 5 5 HORNO 2 Y54EV6203 Electro-válvula Gas Natural Encendido DO 5 6 HORNO 2 Y55EV1204 Electro-válvula pilotaje para regulación Oxígeno DO 5 7 HORNO 2 Y56EV6204 Electro-válvula pilotaje para regulación Gas DO 5 8 HORNO 2 Y57




Pág.: 4 de 4

TAG DESCRIPCION TIPO TARJ. CANAL EU_LO EU_HI EU Área Num. PLCSC0201 Primer programa variador frecuencia (Carga) DO 6 1 HORNO 2 Y60SC0202 Segundo programa variador frecuencia (Desulfurizac.) DO 6 2 HORNO 2 Y61SC0203 Tercer programa variador frecuencia (Reducción) DO 6 3 HORNO 2 Y62SCM0201 Orden de Marcha Variador DO 6 4 HORNO 2 Y63SDR0201 Orden de Giro Derecha variador DO 6 5 HORNO 2 Y64SIZ0201 Orden de Giro Izquierda variador DO 6 6 HORNO 2 Y65XL0201 Piloto rojo anomalia DO 6 7 HORNO 2 Y66XM0201 Orden de Marcha Soplante DO 6 8 HORNO 2 Y67

Reserva DO 7 1 HORNO 2 Y70Reserva DO 7 2 HORNO 2 Y71Reserva DO 7 3 HORNO 2 Y72Reserva DO 7 4 HORNO 2 Y73Reserva DO 7 5 HORNO 2 Y74Reserva DO 7 6 HORNO 2 Y75Reserva DO 7 7 HORNO 2 Y76Reserva DO 7 8 HORNO 2 Y77


106

2.7 DIAGRAMAS DE FLUJO

2.7.1 Diagrama de Flujo para Control de Alarmas

CONDICIONES DE ALARMA ACTIVAS

¿HORNO PARADO?

ACTIVACIÓN ALARMA ACÚSTICA

Y LUMINOSA

¿ALARMA RECONOCIDA?

DESAPARICIÓN ALARMA ACÚSTICA

¿DESAPARECE LA CONDICIÓN?

SISTEMA DISPUESTO PARA

EL ARRANQUE

NO

SI

SI

NO

NO

ACTIVACIÓN ALARMA LUMINOSA

¿DESAPARECE LA CONDICIÓN?

SI

SI

NO


107

2.7.2 Diagrama de Flujo para Control de Encendido


EL ARRANQUE

¿SELECTOR ARRANQUE POS.

ENCENDIDO?

BARRIDO INICIAL AIRE PARA EL

CICLO DE ENCENDIDO

SI

NO

TIEMPO“X”

APERTURA ELECTROVÁLVULA

O2 ENCENDIDO

TIEMPO“X”

APERTURA ELECTROVÁLVULA GAS ENCENDIDO

TIEMPO“X”

¿ DETECCIÓN LLAMA?


REGULACIÓN

ENCENDIDO MANUAL

QUEMADOR

SI

PARO ELECTROVÁLVULAS

DE O2 Y GAS

ACTIVACIÓN SOPLANTE

TIEMPO“X” ALARMA

GESTIÓN DE ALARMAS


108

2.8 PROGRAMACIÓN AUTÓMATA

proyecto horno 1250(-1)

1

*************** SERIE DE SEGURIDADES para el paro TOTAL del quemador************** ******************** SERIE 1 **********************

CONTACTO MÍNIMO CAUDAL AGUA

REFRIGERACIÓNFISH2O1

X31

CONTACTO MÁXIMA TEMPERATURA

AGUA REFRIGERACIÓN

TISH2O1X32

TEMP. SEGURIDAD FILTROS

Enclav.FILTROX34

PARO DE EMERGENCIA

CUADROPE0100

X33

Contacto Baja presión Suministro Oxígeno

PISL1101X21

A

Stop x SEGUR1

OUTC700

A

2


Stop x SEGUR1C700

Contacto Baja presión Suministro Oxígeno a

QuemadorPISL1102

X22

Baja presión Suministro Oxígeno Etapas

PISL1103X23

Contacto Baja presión Suministro Aire de

InstrumentosPISL2001

X24Stop x SEGUR2

OUTC701

3


Stop x SEGUR2C701

Contacto Alta presión Suministro Gas Natural

a QuemadorPISH6101

X25Stop x SEGUR3

OUTC702

4

Retardo de Tiempo para el Paro quemador

Stop x SEGUR3C702

Secuen. PilotoC707 Espera Stop

TMR

T20

K10

5

Pulsador en GP localO.ParoC1100

Secuen. PilotoC707

Puls Stop

PDC703

Tiempo selector "0"T30

PARO DE EMERGENCIA

CUADROPE0100

X33

Espera StopT20

SET/RESET de la alarma de Detección de

LlamaC1602

6 NOP

7

****************** CONDICIONES DE ARRANQUE DEL PILOTO **********************

Stop x SEGUR3C702

Contacto Alta presión Suministro Oxígeno

PISH1101X20

Fallo de estanqueidad en el circuito de Gas

NaturalCT6101

X26

DETECCIÓN DE LLAMA UV

BE0101X27 C7

C.C.M.Piloto

OUTC704

Page 1


8

Orden de marcha PILOTO (Encendido con poco caudal)

C.C.M.PilotoC704

Block.PilotoC711


Llama

C1602M.Piloto MAN

OUTC705

9

Orden de arranque de la secuencia de encendido del piloto

M.Piloto MANC705

Secuen. Piloto

SETC707

OM Soplante 1

PDC710

10

Puls StopC703

Secuen. Piloto

RSTC707

Block.Piloto

SETC711

11

Bloque la puesta en marcha del quemador si se ha parado y no retorna el selector de arranque a la posicion "0".

Posicion quemador en ENCENDIDO

YZ0101X36

Posicion quemador en TRABAJO

YZ0102X37

Tiempo selector "0"TMR

T30

K20

12

Tiempo selector "0"

T30Block.Piloto

RSTC711

13

Orden de puesta en marcha del barrido al inicio del ciclo.

OM Soplante 1C710

SOPLANTE 1

SETC730

14

Duracin del tiempo de barrido al inicio del ciclo

SOPLANTE 1C730 Barrido 1

TMR

T21

K100

15

Barrido 1T21

SOPLANTE 1

RSTC730

16

Secuen. PilotoC707

Barrido 1T21

EV´S PILOTO

SETC712

17

Secuen. PilotoC707

EV´S PILOTO

RSTC712

Page 2


18

EV´S PILOTOC712


BE0101X27

Deteccion UV

TMR

T23

K50

LLama OK

OUTC1037

19


YZ0102X37

Deteccion UVT23

EV´S REGULACION

SETC713

Pulsador pantallaO.M.Quema.Pral

C1101

20


YZ0102X37

EV´S REGULACION

RSTC713

Secuen. PilotoC707

Pulsador PantallaO.P.Quema.Pral

C1107

21

Puls StopC703

SOPLANTE 2

SETC731

22

SOPLANTE 2C731 Barrido 2

TMR

T24

K60

23

Barrido 2T24

SOPLANTE 2

RSTC731

24

CONFIRMACIÓN MARCHA SOPLANTE

AIRE

XMC2101X30

Mensaje en pantallaSoplante

Conf. Marcha

OUTC1022

25 NOP

26

EV´S PILOTOC712

EV O2 EncendidoEV1101

OUTY20

Page 3


27

Pulsador pantallaI ETAPA OXIGENO

C1104

EV O2 1ª EtapaEV1102

OUTY21

28

Pulsador PantallaII ETAPA OXIGENO

C1105

EV O2 2ª EtapaEV1103

OUTY22

29

Secuen. PilotoC707

EV GAS 1EV6101

OUTY23

EV GAS 2EV6102

OUTY24

30

EV´S PILOTOC712

EV Gas EncendidoEV6103

OUTY25

31

EV´S REGULACIONC713

EV Reg. O2EV1104

OUTY26

EV Reg. GasEV6104

OUTY27

32

SOPLANTE 1C730

XM2100O.M.Soplante

OUTY37

SOPLANTE 2C731

33 NOP

34

Subrutina para los controles de giro del hornoPrograma 1: Giros es estadio de CargaPrograma 2: Giros en estadio de DesulfurizaciónPrograma 3: Giros en estadio de ReducciónInversión de GirosParo de rotaciones

Primer ScanSP0

GTSK200

35

Primer ScanSP0

GTSK111

36

Va a buscar la configuración del equipo, tarjetas de entradas y salidas analógicas y las asigna a las variables,Adjudica valores a las variables y contiene toda la configuración inicial.

Primer ScanSP0

GTSK100

Page 4


37

Redireccionamos las variables ( entradas, salidas, etc.) para poder trabajar con los bloques del PID. Transferimos los bits de control de los PID a las Variables.

Primer ScanSP0

GTSK99

38

Salto a la subrrutina para el control de alarmas de Oxígeno.

Primer ScanSP0

GTSK98

39

Salto a la subrrutina para el control de alarmas de Gas.

Primer ScanSP0

GTSK97

40

Salto a la subrrutina para el control de alarmas comunes. Aire, control llama, soplante, etc.

Primer ScanSP0

GTSK96

41

Salto a la subrrutina para el envio de variables PLC a la visualizacion de la pantalla.

Primer ScanSP0

GTSK95

42

SUBRUTINA ELECCIÓN MODO PID OXIGENO Y ESCRITURA DE LA ETIQUETA EN PANTALLA

PANTALLA ACTUALV2000 K32


GTSK90

43

Conversión de variables en la pantalla de PARAMETROS REGULADOR OXIGENOSe transforman de HEX a BCD



GTSK89

44

SUBRUTINA ELECCIÓN MODO PID GAS NATURAL Y ESCRITURA DE LA ETIQUETA EN PANTALLA

PANTALLA ACTUALV2000 K3c

GTSK88

Puls GAS AUTOC210

PULS.GAS CASCADAC211

45

SUBRUTINA ELECCIÓN MODO PID TEMPERATURA Y ESCRITURA DE LA ETIQUETA EN PANTALLA


GTSK87


46

Conversión de variables en la pantalla de PARAMETROS REGULADOR GAS NATURALSe transforman de HEX a BCD

PANTALLA ACTUALV2000 K3d

PANTALLA ACTUALV2000 K3d

GTSK86

Page 5


47



GTSK85

48

Pulsador Paro de Alarma Acústica de

Pantalla táctilC201

Reconocimiento Alarma

PDC202

49

REG.CAUDALC1036

Puls GAS AUTO

PDC210

50

REG.TEMPERAT.C1035

PULS.GAS CASCADA

PDC211

51

*********************** FIN DE PROGRAMA **********************

END

DLBLK1

53

Etiqueta "MANUAL"

ACONMANUAL

DLBLK2

55

Etiqueta "AUTOMATICO"

ACONAUTOMATICO

DLBLK3

57

Etiqueta "CASCADA"

ACONCASCADA


SBRK85

Page 6


59

Primer ScanSP0

Valor i pantalla para el Gain del regulador PID de Temperatura. Se lee

como valor HEX GAIN Temp HEX.

LD

V4200

BCD

PID3variable/BCD

Proporcional 3

OUT

V3110

Valor ipantalla para el Reset del regulador PID

Temperatura. Se lee como valor HEX

RESET Temp HEX.

LD

V4201

BCD

PID3variable/BCD

Integral 3

OUT

V3111

Valor pantalla para el Rate del regulador PID Temperatura. Se lee

como valor HEXRATE Temp HEX.1

LD

V4202

BCD

PID3variable/BCDDerivada 3

OUT

V3112


SBRK86

Page 7


61

Primer ScanSP0

GAIN Gas convertido en valor BCD y que será

posteriormente transferido al módulo

PID GASGAIN GAS

LD

V4140

BCD

PID2variable/BCDProporcional2

OUT

V3050

RESET Gas convertido en valor BCD y que será


PID GASRESET GAS

LD

V4141

BCD

PID2variable/BCD

Integral2

OUT

V3051

RATE Gas convertido en valor BCD y que será


PID GASRATE GAS

LD

V4142

BCD

PID2variable/BCD

Derivada2

OUT

V3052

Valor límite de caudal Gas en Pantalla

LD

V4143

BCD

PID2variable/Bin

Ouput_limit H2

OUT

V3071

62 RT

63 NOP

Activación y desactivación de modos de PID.El Bxxxx.x activa el Set del modo solicitado de regulación y desactiva el modo anterior.

SBRK87

65

Selección modo funcionamiento PID de gas naturalen MANUAL

Pulsador Pantalla GPPulso Manual Tem

C1550Modo Manual Temp

SETC1553

B3106.0OUT

B3100.0

Page 8


66

Selección modo funcionamiento PID de gas natural en AUTOMÁTICO

Pulsador Pantalla GPPulso Auto.Temp.

C1551Modo Aut.Temp

SETC1554

Primer ScanSP0

OUTB3100.1

B3106.1


67

Selección modo funcionamiento PID de gas natural en CASCADA

Pulsador Pantalla GPPulso Casc.Temp

C1552Modo Casc.Temp.

SETC1555

B3106.2OUT

B3100.2

68

Anulación modo funcionamiento PID de gas natural en MANUAL


C1551Modo Manual Temp

RSTC1553


C1552


69

Anulación modo funcionamiento PID de gas natural en AUTOMATICO


C1550Modo Aut.Temp

RSTC1554


C1552

70

Anulación modo funcionamiento PID de gas natural en CASCADA


C1550Modo Casc.Temp.

RSTC1555


C1551


71



Etiqueta modos PIDCambio Pant.Temp

PDC1557

Page 9


72


C1550

Etiqueta modo PIDAutoriz. Escribi

SETC1556


C1551


C1552

Etiqueta modos PIDCambio Pant.Temp

C1557

73


C1556

TMRT2

K20

74T2


RSTC1556

75

Modo Manual TempC1553


C1556

LD

K10

LDK0

LDLBLK1

PID 3 MODE

MOVMC

V5440

76

Modo Aut.TempC1554


C1556

LD

K10

LDK0

LDLBLK2

PID 3 MODE

MOVMC

V5440

77

Modo Casc.Temp.C1555


C1556

LD

K10

LDK0

LDLBLK3

PID 3 MODE

MOVMC

V5440

78 NOP

Page 10


79 NOP

80

********************************************************SUBRUTINA LIMITAR EL VALOR DE CONSIGNA Y EL VALOR DE SALIDA DE LA VÁLVULA PARA EL REGULADOR DE GAS

El PLC reconoce las variables introducidas en la pantalla táctil como variables en formato HEX. Deben convertirse a BCD para tratarlas y enviarlas de nuevo a la pantalla. Esta secuencia captura el valor HEX del ratio introducido y lo transfiere a otra variable ya convertido en formato BCD.


Consigna introducido desde pantalla GP.

SP Temp.

LD

V5450

BCD

Valor consignaconvertido en

unidades decimales

OUT

V5451

Apertura válvula control Gas introducida desde

pantalla GPOUT % GasxTemp.

LD

V5460

BCD

Valor apertura válvula O2 convertido en

unidades decimales

OUT

V5461

81


unidades decimales

V5451 K50


unidades decimales

V5451 K50

Limite entradas 2Pulso 2

SETC200

82

Limite entradas 2Pulso 2C200

LD

K50

BIN


SP Temp.

OUT

V5450


RSTC200

83


unidades decimales

V5451 K1200


unidades decimales

V5451 K1200


SETC200

Page 11


84


LD

K1200

BIN


SP Temp.

OUT

V5450


RSTC200

85 NOP

86

Parte de la subrutina para limitar la apertura máxima manual de la válvula de oxígeno


unidades decimales

V5461 K101


unidades decimales

V5461 K101


SETC200

87


LD

K100

BIN



OUT

V5460


RSTC200

88


unidades decimales

V5461 K1


SETC200


unidades decimalesV5461 K102



89


LD

K0

BIN



OUT

V5460


RSTC200

Page 12


90 NOP

91 NOP

92 RT

SUBRUTINA ELECCIÓN MODO PID GAS NATURAL Y ESCRITURA DE LA ETIQUETA EN PANTALLA

SBRK88

94

Selección modo funcionamiento PID de gas naturalen MANUAL

Pulsador Pantalla GPPulso Manual Gas

C1350Modo Manual Gas

SETC1353

OUTB3040.0

95

Selección modo funcionamiento PID de gas natural en AUTOMÁTICO

Pulsador Pantalla GPPulso Auto. Gas

C1351Modo Aut. Gas

SETC1354

Puls GAS AUTOC210

OUTB3040.1

96

Selección modo funcionamiento PID de gas natural en CASCADA

Pulsador Pantalla GPPulso Casc. Gas

C1352Modo Casc. Gas

SETC1355

Primer ScanSP0

OUTB3040.2


97

Anulación modo funcionamiento PID de gas natural en MANUAL


C1351Modo Manual Gas

RSTC1353


C1352

Puls GAS AUTOC210


Page 13


98

Anulación modo funcionamiento PID de gas natural en AUTOMATICO


C1350Modo Aut. Gas

RSTC1354


C1352


99

Anulación modo funcionamiento PID de gas natural en CASCADA


C1350Modo Casc. Gas

RSTC1355


C1351

Puls GAS AUTOC210

100



Etiqueta modos PIDCambio Pant. GN

PDC1357

101


C1350

Etiqueta modo PIDAutoriz. Escritu

SETC1356


C1351


C1352

Etiqueta modos PIDCambio Pant. GN

C1357

102


C1356

TMRT1

K20

103T1


RSTC1356

104

Modo Manual GasC1353


C1356

LD

K10

LDK0

LDLBLK1

Word donde se escribe el modo del PID de Gas

MOVMC

V5240

Page 14


105

Modo Aut. GasC1354


C1356

LD

K10

LDK0

LDLBLK2


MOVMC

V5240

106

Modo Casc. GasC1355


C1356

LD

K10

LDK0

LDLBLK3


MOVMC

V5240

107 NOP

108 NOP

109

********************************************************SUBRUTINA LIMITAR EL VALOR DE CONSIGNA Y EL VALOR DE SALIDA DE LA VÁLVULA PARA EL REGULADOR DE GAS




CONSIGNA

LD

V5250

BCD


unidades decimales

OUT

V5251


pantalla GPApertura GAS

LD

V5260

BCD


unidades decimales

OUT

V5261

110


unidades decimales

V5251 K10


unidades decimales

V5251 K10


SETC200

Page 15


111


LD

K10

BIN


CONSIGNA

OUT

V5250


RSTC200

112


unidades decimales

V5251 K300


unidades decimales

V5251 K300


SETC200

113


LD

K300

BIN


CONSIGNA

OUT

V5250


RSTC200

114



unidades decimales

V5261 K101


unidades decimales

V5261 K101


SETC200

115


LD

K100

BIN



OUT

V5260


RSTC200

116


unidades decimales

V5261 K1


SETC200





Page 16


117


LD

K0

BIN



OUT

V5260


RSTC200

118 NOP

119 RT

Conversión de variables en la pantalla de PARAMETROS REGULADOR OXIGENOSe transforman de HEX a BCD

SBRK89

Page 17


121

Primer ScanSP0

Valor introducido desde pantalla para el Gain del

regulador PID de O2. Se lee como valor HEX

GAIN O2 HEX.

LD

V4100

BCD

PID1variable/BCDProporcional1

OUT

V3010

Valor introducido desde pantalla para el

Reset del regulador PID de O2. Se lee como

valor HEXRESET O2 HEX.

LD

V4101

BCD

PID1variable/BCD

Integral1

OUT

V3011

Valor introducido desde pantalla para el Rate del regulador PID de

O2. Se lee como valor HEX

RATE O2 HEX.

LD

V4102

BCD

PID1variable/BCD

Derivada1

OUT

V3012

Valor introducido desde pantalla para el valor

máximo de apertura en manual de la válvula de

regulación de O2. Se lee como valor HEXLimit OUT O2 HEX

LD

V4103

BCD

PID1variable/Bin

Ouput_limit H1

OUT

V3031

122 NOP

123 RT

SUBRUTINA ELECCIÓN MODO PID OXIGENO Y ESCRITURA DE LA ETIQUETA EN PANTALLA

SBRK90

Page 18


125

Selección modo funcionamiento PID de oxígeno en MANUAL

Pulsador Pantalla GP

Pulso ManualC1150

PID OxigenoModo Manual

SETC1153

OUTB3000.0

126

Selección modo funcionamiento PID de oxígeno en AUTOMÁTICO


Pulso AutomáticoC1151

PID OxigenoModo Automático

SETC1154

Primer ScanSP0

OUTB3000.1

127

Selección modo funcionamiento PID de oxígeno en CASCADA


Pulso CascadaC1152

PID OxigenoModo Cascada

SETC1155

OUTB3000.2

128

Anulación modo funcionamiento PID de oxígeno en MANUAL


Pulso AutomáticoC1151


RSTC1153

Pulsador Pantalla GPPulso Cascada

C1152

129

Anulación modo funcionamiento PID de oxígeno en AUTOMATICO


Pulso ManualC1150


RSTC1154


C1152

130

Anulación modo funcionamiento PID de oxígeno en CASCADA


Pulso ManualC1150


RSTC1155

Pulsador Pantalla GPPulso Automático

C1151

131



Etiqueta de modos de PID

Cambio Pantalla

PDC1157

132

Etiqueta modo PIDAutoriza Escritu

C1156

TMRT0

K15

133T0


RSTC1156

Page 19


134


C1153

Etiqueta modo PID

Autoriza EscrituC1156

LD

K10

LDK0

LDLBLK1

Word donde se escribe el modo del PID de

Oxígeno

MOVMC

V5040

135


C1154

Etiqueta modo PID


LD

K10

LDK0

LDLBLK2


Oxígeno

MOVMC

V5040

136


C1155

Etiqueta modo PID


LD

K10

LDK0

LDLBLK3


Oxígeno

MOVMC

V5040

137

Pulsador Pantalla GPPulso Manual

C1150


SETC1156

Pulsador Pantalla GPPulso Automático

C1151


C1152

Etiqueta de modos de PID

Cambio PantallaC1157

Page 20


138

********************************************************SUBRUTINA LIMITAR EL VALOR DEL RATIO Y EL VALOR DE SALIDA DE LA VÁLVULA PARA EL REGULADOR DE OXÍGENO



Ratio introducido desde pantalla GP.

RATIO

LD

V5050

BCD

Valor ratio convertido en unidades decimales

OUT

V5051

Apertura válvula control O2 introducida desde

pantalla GPApertura O2

LD

V5060

BCD


unidades decimales

OUT

V5061

139


V5051 K150


V5051 K150


SETC200

140


LD

K150

BIN


RATIO

OUT

V5050


RSTC200

141

Valor máximo de ratio que introduciremos por

GPRatio máximo


V5052 V5051


GPRatio máximo


V5052 V5051


SETC200

142


LD

K300

BIN


RATIO

OUT

V5050


RSTC200

Page 21


143



unidades decimales

V5061 K101


unidades decimales

V5061 K101


SETC200

144


LD

K100

BIN



OUT

V5060


RSTC200

145


unidades decimales

V5061 K1


SETC200





146


LD

K0

BIN



OUT

V5060


RSTC200

147 RT

SBRK95

Page 22


149

Primer ScanSP0

PID1variable/Bin

Ouput 1

LD

V3005

BCD

MULK100

DIVK4095

Indicacion en Pantalla% Val O2

OUT

V5206

150

Primer ScanSP0

PID2variable/Bin

Ouput 2

LD

V3045

BCD

MULK100

DIVK4095

OUTV5256

151

Primer ScanSP0

PID3variable/Bin

Ouput 3

LD

V3105

BCD

MULK100

DIVK4095

Indicacion en Pantalla% Reg.temperatur

OUT

V5601

152 RT

SBRK96

154

TRATAMIENTO DE ALARMASALARMA POR MÍNIMA PRESION EN LÍNEA DE AIRE DE INSTRUMENTOSSEÑAL: PISL2101



X24

SET/RESET para memorización de la alarma de mínima presión de Aire de

Instrumentos

C1620

SET/RESET de la alarma de mínima presión de Aire de

Instrumentos

SETC1600

Page 23


155


InstrumentosC1600

Reconocimiento AlarmaC202


Instrumentos

SETC1620


Instrumentos

RSTC1600

156



X24


Instrumentos

C1620


Instrumentos

RSTC1620

157


Instrumentos

C1600

Mensaje en pantallaAlarma Aire

OUTC1014


InstrumentosC1620

158

TRATAMIENTO DE ALARMASFALLO DE DETECCIÓN DE LLAMASEÑAL: BE0100

EV´S PILOTOC712


BE0101X27 C7

T.para UV

TMR

T6

K70

159

T.para UVT6

SET/RESET para memorización de la

alarma de Detección de llama

C1622


Llama

SETC1602

160


LlamaC1602




SETC1622


Llama

RSTC1602

161

T.para UVT6



C1622



RSTC1622

Page 24


162 NOP

163


Llama

C1602

Mensaje en pantallaFallo Llama

OUTC1021


alarma de Detección de llamaC1622

164

TRATAMIENTO DE ALARMASCONFIRMACIÓN DE MARCHA SOPLANTE AIRESEÑAL: XMC2100

XM2100O.M.Soplante

Y37

CONFIRMACIÓN MARCHA SOPLANTE

AIREXMC2101

X30

T.para soplante

TMR

T7

K50

165

T.para soplanteT7

SET/RESET para memorización de la alarma de Fallo en

Soplante de Aire

C1621

SET/RESET de la alarma de Fallo en

Soplante de Aire

SETC1601

166


Soplante de AireC1601



Soplante de Aire

SETC1621


Soplante de Aire

RSTC1601

167

T.para soplanteT7


Soplante de Aire

C1621


Soplante de Aire

RSTC1621

168


Soplante de Aire

C1601

Mensaje en pantallaFallo Soplante

OUTC1031


Soplante de AireC1621

169

TRATAMIENTO DE ALARMASCONTACTO MINIMO CAUDAL H20 REFRIGERACIÓNSEÑAL: FISH2O



X31

SET/RESET para memorización de la alarma de Mínimo

Caudal Agua Refrigeración

C1623

SET/RESET de la alarma de Mínimo


SETC1603

Page 25


170



C1603Reconocimiento Alarma

C202



SETC1623



RSTC1603

171



X31



C1623



RSTC1623

172



C1603

Mensaje en pantallaMin Caudal H2O

OUTC1016



C1623

173

TRATAMIENTO DE ALARMASCONTACTO MÁXIMA TEMPERATURA H2O REFRIGERACIÓNSEÑAL:TISH2O


AGUA REFRIGERACIÓN

TISH2O1X32

SET/RESET para memorización de la alarma de máxima temperatura Agua

Refrigeración

C1624

SET/RESET de la alarma de máxima temperatura Agua

Refrigeración

SETC1604

174


RefrigeraciónC1604



Refrigeración

SETC1624


Refrigeración

RSTC1604

175


AGUA REFRIGERACIÓN

TISH2O1X32


Refrigeración

C1624


Refrigeración

RSTC1624

Page 26


176


Refrigeración

C1604

Mensaje en pantallaMax. Temp. H2O

OUTC1017


RefrigeraciónC1624

177


Enclav.FILTROX34

SET/RESET para memorización de la alarma de falta de

condiciones del control

C1625

SET/RESET de la alarma de falta

condiciones desde control

SETC1605

178


condiciones desde controlC1605




SETC1625



OUTC1605

179


Enclav.FILTROX34



C1625



RSTC1625

180



C1605

Piloto pantallaNo OK Control

OUTC1034


condiciones del controlC1625

181 RT

SBRK97

183

TRATAMIENTO DE ALARMASALARMA POR MÍNIMA PRESION EN LÍNEA DE GAS NATURAL A QUEMADORSEÑAL: PISL6100


a QuemadorPISH6101

X25

SET/RESET para memorización de la alarma de mínima

presión de Gas Natural a Quemador

C1370SET

C1360

Page 27


184C1360




SETC1370

RSTC1360

185



C1370


a QuemadorPISH6101

X25



RSTC1370

186C1360

Mensaje en pantallaMin.Gas Quemador

OUTC1015



C1370

187

TRATAMIENTO DE ALARMASFALLO DE ESTANQUEIDAD EN EL CIRCUITO DE GASSEÑAL: CT6100


NaturalCT6101

X26

SET/RESET para memorización de la alarma de fallo de estanqueidad en

circuito de Gas Natural

C1371SET

C1361

188C1361




SETC1371

RSTC1361

189


NaturalCT6101

X26



C1371



RSTC1371

190C1361

Mensaje en pantallaEstanqueidad

OUTC1020


circuito de Gas NaturalC1371

Page 28


191


NaturalCT6101

X26OUT

C1040

192 RT

SBRK98

194


PISH1101X20

SET/RESET para memorización de la alarma de máxima

presión suministro de oxígeno

C1170

SET/RESET de la alarma de máxima

presión en suministro de Oxígeno

SETC1160

195


presión en suministro de OxígenoC1160




SETC1170



RSTC1160

196


PISH1101X20



C1170



RSTC1170

197



C1160

Mensaje en pantallaAlta oxigeno

OUTC1010


presión suministro de oxígenoC1170

198

TRATAMIENTO DE ALARMASALARMA POR MÍNIMA PRESION EN LÍNEA DE SUMINISTRO DE OXÍGENOSEÑAL: PISL1100


PISL1101X21



C1171

SET/RESET de la alarma de mínima


SETC1161

Page 29


199


presión en suministro de OxígenoC1161




SETC1171



RSTC1161

200


PISL1101X21



C1171



RSTC1171

201



C1161

Mensaje en pantallaBaja Oxigeno

OUTC1011


presión suministro de oxígenoC1171

202

TRATAMIENTO DE ALARMASALARMA POR MÍNIMA PRESION EN LÍNEA DE OXÍGENO A QUEMADORSEÑAL: PISL1101


QuemadorPISL1102

X22


presión suministro de oxígeno a Quemador

C1172


presión en suministro de Oxígeno a Quemador

SETC1162

203




C202



SETC1172



RSTC1162

204


QuemadorPISL1102

X22



C1172



RSTC1172

Page 30


205



C1162

Mensaje en pantallaMin.O2 Quemador

OUTC1012



C1172

206

TRATAMIENTO DE ALARMASALARMA POR MÍNIMA PRESION EN LÍNEA DE OXÍGENO DE APORTESEÑAL: PISL1102


PISL1103X23


presión suministro de Oxígeno de Aporte

C1173


presión en suministro de Oxígeno de Aporte

SETC1163

207




C202



SETC1173



RSTC1163

208


PISL1103X23



C1173



RSTC1173

209



C1163

Mensaje en pantallaMin.O2 Etapas

OUTC1013



C1173

Page 31


210

Secuencia que activa en la pantalla táctil una alarma de oxígeno común a cualquier alarma de alta o baja presión de oxígeno en la línea.

Mensaje en pantallaAlta oxigeno

C1010

Cualquier alarma en presiones de oxígeno

activa un aviso luminoso en GPAlarma Gral.O2

OUTC1032

Mensaje en pantallaBaja Oxigeno

C1011

Mensaje en pantallaMin.O2 Quemador

C1012

Mensaje en pantallaMin.O2 Etapas

C1013

211

Secuencia que activa en la pantalla táctil un aviso de activación de paro de emergencia

PARO DE EMERGENCIA

CUADROPE0100

X33Alarma P.E. GP

OUTC1033

Mensaje en pantallaParo Emergencia

OUTC1023

212 RT

SBRK99

Page 32


214

Transfiere las variables que contienen los valores de entrada a las correspondientes PV pertenecientes a los PID.

Primer ScanSP0

CH1-Entrada Tarjeta1 Caudal Oxígeno

FT1100

LD

V2020

BIN

PID1variable/BinPV_PID1

OUT

V3003

BCD

MULK6000

DIVK4095

Indicación en GPCaudal FT1100

OUT

V5002

CH2-Entrada Tarjeta1 Caudal Gas Natural

FT6100

LD

V2021

BIN


OUT

V3043

BCD

MULK3000

DIVK4095


OUT

V5202

215

Transfiere la variables de entrada de temperatura.

Primer ScanSP0

CH3-Entrada Tarjeta1Analogica 3

LD

V2022

BIN


OUT

V3103

BCD

MULK1300

DIVK4095

Indicación en GPTemperatura

OUT

V5600

Page 33


216

Primer ScanSP0


C1154

PID1variable/Bin

Ouput 1

LD

V3005

Indicacion GPCaudal O2

OUT

V5004

BCD

CH1-Salida Tarjeta1 Valvula Regulación O2

FCV1100

OUT

V2024

217

Seguimiento de la salida de control de válvulas desde el trabajo en automatico al valor inicial en manual.

Primer ScanSP0


C1154


FCV1100

LD

V2024

MULK100

DIVK4095

BIN



OUT

V5060

218 NOP

219

Primer ScanSP0


C1153


pantalla GP

Apertura O2

LD

V5060


OUT

V5004

BCD

MULK4095

DIVK100


FCV1100

OUT

V2024

Page 34


220

Primer ScanSP0

Modo Aut. GasC1354

PID2variable/Bin

Ouput 2

LD

V3045

Modo Casc. GasC1355

Indicacion GPCaudal Gas

OUT

V5204

BCD

CH2-Salida Tarjeta1 Válvula Regulación Gas

FCV6100

OUT

V2025

221


Primer ScanSP0

Modo Casc. GasC1355 C2


FCV6100

LD

V2025

MULK100

DIVK4095

BIN



OUT

V5260

222

Transfiere las variables que contienen los valores de salida pertenecientes al control manual,a las correspondientes OUT de la Tarjeta.

Primer ScanSP0

Modo Manual GasC1353 C2



LD

V5260


OUT

V5204

BCD

MULK4095

DIVK100


FCV6100

OUT

V2025

223 NOP

224 NOP

Page 35


225

Transfiere el Punto Consigna de caudal de Gas al registro del PID.

Primer ScanSP0 Consigna GAS

LD

V4001

PID2variable/BinSP_PID2

OUT

V3042

226

Lee el SP de Gas en la GP y lo transfiere a la entrada del PID2. (ojo condiciones)

Primer ScanSP0



unidades decimales

LD

V5251

MULK4095

DIVK300

BIN


OUT

V3042

227

Primer ScanSP0

REG.CAUDALC1036

REG.TEMPERAT.C1035

EV´S REGULACIONC713 Consigna GAS

LD

V4001


OUT

V3042

228

Primer ScanSP0


RATIO

LD

V5050

OUTV4014

229

Lee el SP de Temperatura en la GP y lo transfiere a la entrada del PID3. (ojo ultima transferencia convertir primero a BIN??)



unidades decimales

LD

V5451

MULK4095

DIVK1300

Valor máximo de Consigna

introduciremos por GPSP Temp.BCD

OUT

V5452

BIN


OUT

V3102

Page 36


230 NOP

231

Trnsfiere la consignaal SP del regulador de temperatura.

Primer ScanSP0

REG.TEMPERAT.C1035

REG.CAUDALC1036

EV´S REGULACIONC713 PV Temp GP

LD

V4000


OUT

V3102

232

REG.TEMPERAT.C1035

LD

K0


OUT

V3102

233

Pone a cro los SP de O2 y Gas en caso de estar parada la regulacion.


LD

K0


OUT

V3002


OUT

V3042


OUT

V3102

234

Pone a cero los Bits de ordenes en caso de fallo de comunicación

Confirmación de comunicación entre

Scada y KoyoWatchDog

C1003

TMRT77

K20

235 RT

SBRK100

Page 37


237

Lee las entradas analógicas (1d4) y las salidas analógicas (2d2)

Primer ScanSP0

LD

K402

OUTV7660

LDAO2020

OUTV7670

LDAO2024

OUTV7700

238

*******************************************************INICIALIZACION DE VARIABLESV5052= RATIO MAXIMO PERMITIDOV5062= APERTURA MÁXIMA PERMITIDA PARA VALVULA O2

Primer ScanSP0

LD

K300


GPRatio máximo

OUT

V5052

LDK85

Valor máximo de apertura que

introduciremos por GPApertura Max.

OUT

V5062

239 RT

SBRK111

Page 38


241

Transfiere las variables que contienen los valores de entrada a las correspondientes PV pertenecientes a los PID.

Primer ScanSP0

CH1-Entrada Tarjeta1 Caudal Oxígeno

FT1100

LD

V2020

BIN


OUT

V3003

BCD

MULK6000

DIVK4095


OUT

V5002


FT6100

LD

V2021

BIN


OUT

V3043

BCD

MULK3000

DIVK4095


OUT

V5202

242

Transfiere la variables de entrada de temperatura.

Primer ScanSP0

CH3-Entrada Tarjeta1Analogica 3

LD

V2022

BIN


OUT

V3103

BCD

MULK1300

DIVK4095

Indicación en GPTemperatura

OUT

V5600

Page 39


243


C1153

PID1variable/Bin

Ouput 1

LD

V3005


OUT

V5004

BCD


FCV1100

OUT

V2024

244



C1154


FCV1100

LD

V2024

MULK100

DIVK4095

BIN



OUT

V5060

245 NOP

246

Primer ScanSP0


C1153


pantalla GP

Apertura O2

LD

V5060


OUT

V5004

BCD

MULK4095

DIVK100


FCV1100

OUT

V2024

Page 40


247

Primer ScanSP0

Modo Aut. GasC1354

PID2variable/Bin

Ouput 2

LD

V3045

Modo Casc. GasC1355


OUT

V5204

BCD


FCV6100

OUT

V2025

248


Primer ScanSP0

Modo Casc. GasC1355 C2


FCV6100

LD

V2025

MULK100

DIVK4095

BIN



OUT

V5260

249

Transfiere las variables que contienen los valores de salida pertenecientes al control manual,a las correspondientes OUT de la Tarjeta.

Primer ScanSP0

Modo Manual GasC1353



LD

V5260


OUT

V5204

BCD

MULK4095

DIVK100


FCV6100

OUT

V2025

250 NOP

251 NOP

Page 41


252

Lee el SP de Gas en la GP y lo transfiere a la entrada del PID2. (ojo condiciones)

Primer ScanSP0

EV´S REGULACIONC713 C2


unidades decimales

LD

V5251

MULK4095

DIVK300

BIN


OUT

V3042

253

Lee el SP de Gas en la GP, lo multiplica por el Ratio y lo transfiere a la entrada del PID1. (ojo condiciones) habría que cojer el del Caudal real de Gas

Primer ScanSP0



C1154


FT6100

LD

V2021


MUL

V5051

DIVK200


OUT

V3002

MULK600

DIVK4095

BIN

Valor S.P. Ratio en pantalla

OUT

V5200

254

Lee el SP de Temperatura en la GP y lo transfiere a la entrada del PID3. (ojo ultima transferencia convertir primero a BIN??)

Primer ScanSP0

REG.TEMPERAT.C1035


unidades decimales

LD

V5451

MULK4095

DIVK1300

Valor máximo de Consigna

introduciremos por GPSP Temp.BCD

OUT

V5452

BIN


OUT

V3102

Page 42


255

Primer ScanSP0

REG.TEMPERAT.C1035 PV Temp GP

LD

V4000


OUT

V3102

256

Pone a cro los SP de O2 y Gas en caso de estar parada la regulacion.

EV´S REGULACIONC713 C0

LD

K0


OUT

V3002


OUT

V3042


OUT

V3102

257 RT

SBRK200

259

Contacto Pantalla para activación del ciclo de

giros en cargaGIRO CARGA

C300

Set-Reset Giros en ciclo de Carga

SETC310

Set-Reset Giros en ciclo de Desulfurización

RSTC311

Set-Reset Giros en ciclo de Reducción

RSTC312

260


C310

Manda la orden de arranque del variador

de frecuencia

OUTC315

Entrada variador de frecuencia para activar el primer programa de

rotación (CARGA)SC-0101

OUTY30

Page 43


268

Contacto Pantalla para activación de los giros

hacia la derechaROTACIÓN DERECHA

C303


hacia la izquierdaROTACIÓN IZQUIER

C304


de frecuencia

OUTC315

Orden de giro del variador. Sentido

DerechaSDR-0101

OUTY34

269


hacia la izquierdaROTACIÓN IZQUIER

C304


hacia la derechaROTACIÓN DERECHA

C303


de frecuencia

OUTC315

Orden de giro del variador. Sentido

IzquierdaSIZ-0101

OUTY35

270 RT

271 NOP

Page 45


261


giros en estadio de desulfurización

GIRO DESULFUR.C301


SETC311


RSTC310


RSTC312

262


C311


de frecuencia

OUTC315

Entrada variador de frecuencia para activar el segundo programa

de rotación ( DESULFURIZACIÓN)

SC-0102

OUTY31

263


giros en estadio de reducción

GIRO REDUCCIÓNC302


SETC312


RSTC310


RSTC311

264


C312


de frecuencia

OUTC315

Entrada variador de frecuencia para activar el tercer programa de rotación (REDUCCIÓN)

SC-0103

OUTY32

265


de frecuenciaC315

Set-Reset Orden de Marcha del Variador

SETC314

266


C314

Orden de Marcha del Variador de Frecuencia

SCM-0101

OUTY33

267

Paro Giro Horno desde Pantalla GP

C313


RSTC314

Page 44


109

2.9 PROGRAMACIÓN PANTALLA TÁCTIL

2004/08/19 13:42 Plomo.prwLista de Ajustes del GP6. Ajustes de la Comunicación

Método de Comunicación 4LíneasVelocidad 9600Longitud del Bit 8 BitParidad ImparBit de Paro 1 BitMétodo de Control DTR/ERConfiguración de las Comunicaciones

Tiempo de Espera de Envío 0Recepción Fuera de tiempo 2Contador Nueva Transmisión 2

2004/08/19 13:42 Plomo.prwInformación del ProyectoInformación GeneralNombre del Proyecto Plomo.prwDescripción MedinaTamaño del proyecto de DOS 889203 BytesTipo de GP GP270LTipo de PLC KOYO DL-205/405 SERIESTamaño del proyecto GP ?Date Thu Aug 19 13:42:42 2004Info. del monitor del mecanismo Ninguno

2004/08/19 13:42 Plomo.prwLista de Ajustes del GP1. Ajustes del GP

Check Sum ActivadoTimbre Táctil ActivadoSalida del Timbre ActivadoSonido del timbre ContinuoTipo de dato del No. de pantalla BinFlujo de Cambio de Nivel de Pantalla DesactivadoContraseña común NINGUNATiempo en el Modo de Espera 0Cambiar al No. de Pantalla 0Visualización de Inicio del Puerto de Comunicaciones 0

2. Ajustes E/SModo de Offline Esquina superior izquierda ActivadoAjuste del contraste DesactivadoAjuste del brillo ActivadoVisualiz. Revertida ActivadoModo de Entrada Táctil 2 PuntoUsar Panel Táctil tras... NoTipo de impresora PR201Método de Impresora MonocromoDirección HorizontalImpresión Invertida de Colores ActivadoVel. de Refresco 0Touch Panel Error Detection Desactivado

3. Ajustes del modoDirecc. de Inicio del Sistema V1400No. de Máquina 1Tamaño del Area de lectura 0Tipo de Protocolo de la Unión 1:1

4. Ajustes de la pantalla inicialNo. de la pantalla base inicial 1Tamaño del Caracter de Alarma 1x1

2004/08/19 13:42 Plomo.prwLista de Ajustes del GP5. Ajustes Extendidos

Ajuste de la Fuente EuropeaCalidad de la Fuente AltaPrioridad Ktag EstandartVer error Online ActivadoBorrar visualiz. de error ActivadoResetea el GP cuando hay un error de escritura de dato DesactivadoModo de los Datos de la cadena de caracteres 1Watch Dog Dirección :LS0020 HAjsute de la Copia de Seg. DesactivadoAjustes del Area de Sistema

No. de la actual pantalla ActivadoError de estado ActivadoDato del reloj (Actual) ActivadoEstado ActivadoReservado(Escribir) ActivadoCambiar al No. de Pantalla ActivadoVisualización Pantalla Act./Inac. ActivadoDato del reloj (Fijo) ActivadoControl ActivadoReservedo(Leer) ActivadoControl de Ventana ActivadoNo. de Registro de Ventana ActivadoLocalización de la ventana ActivadoTotal de Palabras 20

Ventana Global ActivadoAcceso de Ventana Indirecto Forma

Ajuste de la Tag Q Activa 128 Historial 128 Evento 128Modo de Visualización (Registro) TimeFormato de Visualiz. de la Tag Q Date 2 Activación 11 Mensaje 17 ReAjustes de impresión de la tag Q Imprimir DesactivadoFormato de Hora de la Tag Q _9:15Operación Externa Qtag Operación Externa OffContador de Activaciones de Alarmas LS0020Ver Mensaje de Alarma en Tag-Q Limpiar cuando se conecteDatos de PLC visualizados por Tag-Q Limpiar cuando se conecteTarjeta CF de almacenaje de datos DesactivadoEspacio Libre de la Tarjeta CF DesactivadoCopia de Seguridad SRAM Automática de Tarjeta CF DesactivadoScreen Capture Desactivado

Calidad de Captura 0Auto Increment File Number DesactivadoBit Completo de Captura Desactivado

2004/08/19 13:42 Plomo.prwReferencia Cruzada Global

Direcc. del Bit PantallaC0201 B2,B3,B4,B5,B7,B8,B10,B50,B51,B52,B60,B61

B62,B70,B71,B72C0300 B5C0301 B5C0302 B5C0303 B5C0304 B5C0313 B5C0707 B3C0713 B3C1010 Alarma de Mensaje,B7C1011 Alarma de Mensaje,B7C1012 Alarma de Mensaje,B7C1013 Alarma de Mensaje,B7C1014 Alarma de Mensaje,B4,B10C1015 Alarma de Mensaje,B4,B8C1016 Alarma de MensajeC1017 Alarma de MensajeC1020 Alarma de Mensaje,B4,B8C1021 Alarma de Mensaje,B4C1023 Alarma de MensajeC1027 Alarma de MensajeC1031 Alarma de Mensaje,B10C1032 B4C1033 B4C1034 B4C1100 B3C1101 B3C1102 B3C1104 B3C1105 B3C1107 B3C1150 B50C1151 B50C1153 B50C1154 B50C1156 B50C1201 B1C1220 B51,B71C1221 B51,B71C1222 B51,B71C1223 B51C1240 B52,B72C1241 B52,B72C1242 B52,B72C1243 B52,B72C1244 B52,B72C1245 B52,B72


Direcc. del Bit PantallaC1351 B60C1352 B60C1354 B60C1355 B60C1356 B60C1420 B61C1421 B61C1422 B61C1423 B61C1440 B62C1441 B62C1442 B62C1443 B62C1444 B62C1445 B62C1550 B70C1551 B70C1553 B70C1554 B70C1556 B70X0000 B50,B60,B70

Direcc. de la Palabra PantallaLS0020 Ajustes del GPV1400 Ajustes del GPV3004 B50V3010 B50V3011 B50V3012 B50V3044 B60V3050 B60V3051 B60V3052 B60V3104 B70V3110 B70V3111 B70V3112 B70V40400 B50,B60,B70V40610 B2,B3,B4,B5,B7,B8,B10,B50,B51,B52,B60,B61

B62,B70,B71,B72V40614 B5V40634 B3V40640 Alarma de Mensaje,B4,B7,B8,B10V40641 Alarma de Mensaje,B4,B8,B10V40644 B3V40646 B50V40650 B1V40651 B51,B71V40652 B52,B72V40656 B60V40661 B61


Direcc. de la Palabra PantallaV40662 B62V40666 B70V4100 B51V4101 B51V4102 B51V4103 B51V4140 B61V4141 B61V4142 B61V4143 B61V4200 B71V4201 B71V4202 B71V5002 B2,B7,B50V5004 B7V5013 B52,B72V5014 B52,B72V5015 B52,B72V5016 B52,B72V5017 B52,B72V5020 B52,B72V5040 B50V5041 B50V5042 B50V5043 B50V5044 B50V5050 B2,B50V5060 B50V5200 B50V5202 B2,B8,B60V5206 B2,B7,B50V5213 B62V5214 B62V5215 B62V5216 B62V5217 B62V5220 B62V5240 B60V5241 B60V5242 B60V5243 B60V5244 B60V5250 B2,B8,B60V5256 B2,B8,B60V5260 B60V5440 B70V5441 B70V5442 B70V5443 B70V5444 B70V5450 B2,B70


Direcc. de la Palabra PantallaV5460 B70V5600 B2,B70V5601 B70

Información de la pantalla 2004/08/19 13:42 B1

Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B1 Inicio

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B2 Selección Arranque

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B3 Tipo Arranque

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B4 Alarmas

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B5 Rotaciones

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B7 P&ID OXÍGENO

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B8 P&ID GAS NATURAL

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B10 P&ID AIRE

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B50 Regulador Oxígeno

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B51 Set PID Oxigeno

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B52 Set Alarmas Oxigeno

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B60 Regulador Gas Natural

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B61 Set PID Gas Natural

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B62 Set Alarmas Gas Natural

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B70 Regulador Temperatura

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B71 Set PID Temperatura

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B72 Set Alarmas Temperatura

Pantalla de Imagen


Nombre del Proyecto Plomo.prwPantalla B200 Teclado

Pantalla de Imagen

Automatización de dos hornos para la recuperación de plomo Planos

110

3 PLANOS

Automatización de dos hornos para la recuperación de plomo Presupuesto

111

4 PRESUPUESTO

A continuación, se valoraran los distintos conceptos de la instalación dividiéndolos en los siguientes capítulos:

- Estación Gasificadora

- Equipos Oxígeno

- Equipos Gas Natural

- Equipos de Aire y Elementos Varios

- Cuadro eléctrico

- Acometidas a Hornos

4.1 CAPITULO 1: ESTACIÓN GASIFICADORA

TAG CANT DESCRIPCIÓN COSTE UNIT.

COSTE TOTAL

V-1001

V-1003 2

Válvula Criogénica 1” HEROSE

Ref. 01301.X.0001

188,78 € 377,56 €

V-1002

V-1004 2

Válvula de Bola 2 1/2” PEKOS

Ref. O-61-TTG-VN-DN65

231,78 € 463,56 €

SV-1001

SV-1002 2

Válvula de Alivio 1/2” LESER

Ref. 459 1/2”

112,50 € 225 €

EV-1001

EV-1002 2

Válvula de bola 2 1/2” PEKOS

Ref. O-61-TTG-VN-DN65

Con actuador neumático de doble efecto y dos finales de carrera AIR TORQUE

Ref. AT 201 DA

589,17 € 1178,34 €


112


COSTE TOTAL

TISH-0101 1

Transmisor indicador de Temperatura INSTRUMENTOS WIKA

Ref. A5500TR

148,48 € 148,48 €

5

Metros de tubería de cobre 28x1,5

Coste por metro instalado 15,18 € 75,90 €

25


Coste por metro instalado

39,12 € 978 €

16

Horas de mano de Obra Montaje Estación Gasificadora

22 € 352 €

Total Capitulo 1

3798,84 €


113

4.2 CAPÍTULO 2: EQUIPOS DE OXÍGENO


COSTE TOTAL

V-1101

V-1201

2 Válvula de Bola 2 1/2” PEKOS

Ref. O-61-TTG-VN-DN65 231,78 € 463,56 €

V-1102

V-1105

V-1110

V-1202

V-1205

V-1210

6 Válvula de bola para conexión de manómetros 1/2” KITZ

Ref. 1/2” 58-AKSZA 19,38 € 116,28 €

V-1103

V-1104

V-1203

V-1204

4 Válvula de bola para líneas de encendido de quemador 1/2” KITZ

Ref. 1/2” 58-AKSZA 19,38 € 77,52 €

V-1106

V-1107

V-1108

V-1109

V-1206

V-1207

V-1208

V-1209

8 Válvula de Bola 2 1/2” PEKOS

Ref. O-61-TTG-VN-DN35 97,57 € 780,56 €


114


COSTE TOTAL

PCV-1101

PCV-1201

2

Regulador de Presión 2” LT Gasetechnik

Ref. LTD-2

2230 € 4460 €

Pishl-1101

Pishl-1201

2

Manómetro de contactos inductivos ∅ 100

0-500 mbar INSTRUMENTOS WIKA

Ref. 232.50.100 + 831.21

272,72 € 545,44 €

PISL-1102

PISL-1103

PISL-1202

PISL-1203

4

Manómetro de contacto inductivo ∅ 100

0-6 bar INSTRUMENTOS WIKA

Ref. 232.50.100 + 831.2

223,50 € 894 €

TI-1101

TI-1201

2

Indicador de Temperatura ∅ 100

-20 a 60ºC INSTRUMENTOS WIKA

Ref. A5500

36,12 72,24 €

FT-1101

FT-1201

2

Transmisor de caudal másico 2”

6-350 Nm3/h Bronkhorst Hi-tec In Flow

Ref. F-106C1-HDD-02-V

2550,40 € 5100,80 €

FCV-1101

FCV-1201

2

Válvula de Control DN65 con posicionador electro neumático de simple efecto y de efecto normalmente cerrado. Conexión entrebridada. DN de regulación DN32 BÜRKERT Ref. 2712 + 8630

1540,82 € 3081,64 €


115


COSTE TOTAL

EV-1101

EV-1201

2

Electroválvula de asiento inclinado 1/2” y cuerpo en bronce. Actuador electro neumático de simple efecto BÜRKERT.

Ref.2000-1/2

98,23 € 196,46 €

EV-1102

EV-1103

EV-1202

EV-1203

4

Electroválvula de asiento inclinado 1 1/2” y cuerpo en bronce. Actuador electro neumático de simple efecto BÜRKERT.

Ref.2000-11/2

190,52 € 762,08 €

FI-1101

FI-1201

2

Rotámetro de 1 1/2”

12-120 Nm3/h TECFLUID

Ref. SC250

551,70 € 1103,40 €

NRV-1101

NRV-1201

2

Válvula de seguridad (retención de llama) de 2 1/2” Cuerpo en Latón. WITT

Ref. WITT RV-80

756 € 1512 €

NRV-1102

NRV-1202 2


Ref. WITT 339

696 € 1392 €

10



50



27,65 € 1382,50 €


116


COSTE TOTAL

45



6



12,42 € 74,52 €

Total Capitulo 2

23.061,50 €


117

4.3 CAPÍTULO 3: EQUIPOS DE GAS NATURAL


COSTE TOTAL

V-6101

V-6201

2 Válvula de Bola 3” PEKOS

Ref. O-61-TTG-VN-DN80 315,20 € 630,40 €

V-6104

V-6204

2

Válvula de bola para conexión de manómetros 1/2” KITZ

Ref. 1/2” 58-AKSZA

19,38 € 38,76 €

V-6102

V-6103

V-6202

V-6203

4 Válvula de bola para líneas de encendido de quemador 3/4” KITZ

Ref. 3/4” 58-AKSZA 55,11 € 220,44 €

PCV-6101

PCV-6201

2 Regulador de Presión 3” Kromschroeder

Ref. VGBF-80 1160 € 2320 €

EV-6101

EV-6102

EV-6201

EV-6202

4

Electroválvula motorizada 3” para detección de estanqueidad y suministro de Gas Natural. Kromschroeder

Ref. VK 80 F10 T5 A93D

558,76 € 2235,04 €

CT-6101

CT-6201

2 Detector de estanqueidad para conexionado a válvulas motorizadas. Kromschroeder

Ref. TC-318 R 05-T 329,66 € 659,32 €


118


COSTE TOTAL

EV-6103

EV-6203 2

Electroválvula de asiento inclinado 3/4” y cuerpo en bronce. Actuador electro neumático de simple efecto BÜRKERT.

Ref.2000-3/4

132 € 264 €

TI-6101

TI-6201 2

Indicador de Temperatura ∅ 100

-20 a 60ºC INSTRUMENTOS WIKA

Ref. A5500

36,12 72,24 €

FT-6101

FT-6201 2

Transmisor de caudal másico 3”

3-150 Nm3/h Bronkhorst Hi-tec In Flow

Ref. D-6280-HGB-DD-AV-56

2824,67 € 5649,34 €

FCV-6101

FCV-6201 2

Válvula de Control DN80 con posicionador electro neumático de simple efecto y de efecto normalmente cerrado. Conexión entrebridada. DN de regulación DN32 BÜRKERT Ref. 2712 + 8630

1830,25 € 3660,50 €

PISL-6101

PISL-6201 2



Ref. 232.50.100 + 831.2

223,50 € 447 €

NRV-6101

NRV-6201 2


Ref. WITT RV-80

756 € 1512 €


119


COSTE TOTAL

10


Coste por metro instalado 51,20 € 512 €

50



39,12 € 1956 €

6



13,95 € 83,70 €

Total Capitulo 3

20.260,74 €


120

4.4 CAPÍTULO 4: EQUIPOS DE AIRE Y ELEMENTOS VARIOS


COSTE TOTAL

M-2101

M-2201 2

Soplante de aire de media presión.

Potencia: 0,75 kW

Caudal: 1400 m3/h

SODECA

Ref. CMAT-528-2T

531,79 € 1063,58 €

PI-2101

PI-2201 2

Indicador de Presión ∅ 100


Ref. 232.50.100

36 € 72 €

NRV-2101

NRV-2201 2


Ref. WITT RV-80

756 € 1512 €

PISL-2001 1


0-8 bar INSTRUMENTOS WIKA

Ref. 232.50.100 + 831.2

223,50 € 223,50 €

PCV-2001 1

Regulador de Presión 1/4” CAHOUET

Ref. BP-100

72,16 € 72,16 €

V-2002

V-2101

V-2201

3

Válvula de bola para conexión de manómetros 1/2” KITZ


19,38 € 58,14 €


121


COSTE TOTAL

V-2001 1

Válvula de bola para línea de suministro aire 1/4” KITZ


15,20 € 15,20 €

50



39,12 € 1956 €

30



11,40 € 342 €

1

Bastidor de acero al carbono para fijación de la totalidad de elementos de las líneas de oxígeno, gas y aire. Construido en tubo cuadrado de 50x50 mm. Dimensiones: (lxhxa) 5000x2000x1500 mm.

4500 € 4500 €

500

Horas de mano de Obra Montaje para el ensamblado de todos los instrumentos en el bastidor y el posterior canalizado de tuberías desde el mismo hasta los hornos

22 € 11.000 €

Total Capitulo 4

20.814,58 €


122

4.5 CAPÍTULO 5: CUADRO ELÉCTRICO


COSTE TOTAL

1

Armario metálico combinable HIMEL

Ref. OLN 2012/40/2P/PM

1180,25 € 1180,25 €

1

Paneles laterales exteriores HIMEL

Ref. 2 PLOL 204

130,45 € 130,45 €

1

Zócalo Individual 200mm HIMEL

Ref. ZUN 124/200

158,07 € 158,07 €

2

Pantalla Táctil 5,7” Monocromo PROFACE

Ref. GP 270L

600 € 1200 €

2

Baliza Luminosa Roja Telemecanique

Ref. XVB-L4B3

110,50 € 221,00 €

1

Baliza Luminosa Blanca Telemecanique

Ref. XVB-L4B7

110,50 € 110,50 €

2

Pulsador Paro Emergencia 1 contacto Normalmente Cerrado. Telemecanique

Ref. XB5-AT42

24,15 € 48,30 €


123


COSTE TOTAL

2

Interruptor seccionador principal tripolar 60x60mm 20 A. Telemecanique

Ref. VBFN20

20,05 € 40,10 €

2

Interruptor diferencial 40 A. 4 polos 30mA Telemecanique

Ref. 23042

172,34 € 344,68 €

2

Interruptor magnetotérmico C60H 4 polos 10 A. Curva C. Telemecanique

Ref. 25012

71,07 € 142,14 €

12

Interruptor magnetotérmico C60H 2 polos 6 A. Curva C. Telemecanique

Ref. 24985

37,65 € 451,80 €

2

Fuentes de alimentación conmutadas Siemens Sitop Power 10. Entrada 220 Vca Salida 24 Vcc.

Ref. 6EP1334-2AA00

125,57 € 251,14 €

2

Bases 9 slots 220 Vca KOYO

Ref. D2-09B

248,48 € 496,96 €

2

Tapas slots KOYO

Ref. D2-FILL

8,77 € 17,54 €


124


COSTE TOTAL

2

CPU DL-205 KOYO Ref. D2-250

420 € 840 €

2

Tarjeta 4 entradas y 2 salidas analógicas KOYO Ref. F2-A4D2DA

472,12 € 944,24 €

6

Tarjeta 8 entradas digitales KOYO Ref. D2-08ND3

61,39 € 368,34 €

6

Tarjeta 8 salidas digitales a relé KOYO Ref. D2-08TR

78,93 € 473,58 €

2

Toma de corriente PC 2P+T Telemecanique Ref. 15306

10,97 € 21,94 €

6 Relé transistorizado 2 canales Pepperl + Fuchs Ref. KFA6-SR2-Ex2-W

96,64 € 579,84 €

2

Programador de encendido Kromschroeder Ref. IFS 110 IM-10/1/1T

185 € 370 €

2

Interruptor diferencial 40 A 300mA Telemecanique Ref. 23045

145,75 € 291,50 €


125


COSTE TOTAL

2

Disyuntor magnetotérmico TeSys Telemecanique Ref. GV2-ME10

50,40 € 100,80 €

2

Contacto auxiliar lateral 1NA+1NC Telemecanique Ref. GV-AN11

8,40 € 16,80 €

2

Contactor tripolar 1 NA+1 NC Telemecanique Ref. LC1-D09BD

54,80 € 109,60 €

1

Interruptor diferencial 40 A. 30mA Telemecanique Ref. 15261

36,12 € 36,12 €

1

Conjunto de 2 pulsadores (gris+rojo) + 1 piloto luminoso rojo ∅22 Telemecanique

29,57 € 29,57 €

1

Transformador 220Vca 24 Vca 100 VA Polilux

Ref. Polilux 100VA

27,95 € 27,95 €

1

Fuente de alimentación 24Vca 2,5 A Siemens Ref. 6EP1331-1SH01

41,98 € 41,98 €


126


COSTE TOTAL

1

PLC 8DI 4DO 2AI LOGO 12/24RC Siemens Ref. 6ED1052-1MD00-0BA3

97,44 € 97,44 €

2

Variadores de Frecuencia 15kW entrada y salida trifásica. Eurotherm Ref. 690P-0150-400-3

318,60 € 637,20 €

1

Material auxiliar para el montaje del cuadro: Bornas, carril metálico, canal plástica, prensaestopas, mangueras eléctricas, cablecillo, punteras, numeración cables, ventilador de refrigeración y alarma acústica.

550 € 550 €

100

Horas de mano de Obra Montaje para la construcción del cuadro eléctrico según los esquemas proporcionados

22 € 2200 €

200 Horas de programación de los autómatas y de las pantallas táctiles según las especificaciones

36 € 7200 €

Total Capitulo 5

19729,83 €


127

4.6 CAPÍTULO 6: ACOMETIDA A HORNOS


COSTE TOTAL

TT-0101

TT-0201 2

Caña pirométrica ∅35 tipo “S”. Doble funda y varilla aislante. Longitud 400mm ∅26. Cabezal DIN-A Con 10 mts. de cable compensado. COTESA

186 € 372 €

BE-0101

BE-0201 2

Detector de llama ultravioleta 1” Kromschroeder Ref. UVS-1

107 € 214 €

FISL-H201

FISL-H202 2

Interruptor de nivel para línea de agua. Endress + Hausser

96,75 € 193,50 €

TISH-H201

TISH-H202 2

Interruptor de alta temperatura para línea de agua. Instrumentos Wika

134,90 € 269,80 €

B-0101

B-0202 2

Quemadores de Oxígeno + Gas natural. Potencia 1300kW.BP Ref. BP M.O.L.120

2350,27 € 4700,54 €

1

Conjunto de tubuladuras flexibles para conexionado de las líneas de gas, oxígeno y agua a los quemadores. Conexionado de 2” (oxígeno y gas) Conexionado de 1” (agua). Longitud de 1500mm. Interior en teflón y exterior en acero inoxidable.

518,12 € 518,12 €


128


COSTE TOTAL

1

Mangueras de interconexionado eléctrico entre el bastidor, el cuadro eléctrico y los quemadores.

900 € 900€

80

Horas de mano de Obra Montaje para la implantación de los equipos ubicados en los hornos. Incluye la mano de obra para el interconexionado eléctrico de señales.

22 € 1760 €

Total Capitulo 6

8927,96 €


129

4.7 CAPÍTULO 7: RESUMEN DE TOTALES


COSTE TOTAL

1

Capítulo 1: Estación Gasificadora

3798,84 € 3798,84 €

1

Capítulo 2: Equipos de Oxígeno

23061,50 € 23061,50 €

1

Capítulo 3: Equipos de Gas Natural

20260,74 € 20260,74 €

1

Capítulo 4: Equipos de Aire y Elementos

20814,58 € 20814,58 €

1

Capítulo 5: Cuadro Eléctrico

19729,83 € 19729,83 €

1

Capítulo 7: Acometida a Hornos

8927,96 € 8927,96 €

1

Legalizaciones

2300 € 2300 €

1

Puesta en Marcha Instalación (Consistente en 2 semanas de dos operadores de sistemas)

5760 € 5760 €


130

4.8 TOTAL PRESUPUESTO

APARTADOS COSTE

Total Instalación Ejecución Material

104.653,45 €

(9%) Gastos Generales (Imprevistos)

9418,81 €

(6%) Beneficio Industrial

6279,20 €

Total + Gastos

120.351,47 €

16% I.V.A.

19.256,23 €

Total General Proyecto

139.607,70 €

El proyecto de automatización de dos hornos para la recuperación de plomo asciende a la cantidad de:

139.607,70 € Ciento treinta y nueve mil seiscientos siete con setenta Euros

Barcelona

Septiembre-2004

Automatización de dos hornos para la recuperación de plomo Pliego de condiciones

131

5 PLIEGO DE CONDICIONES

5.1 CONDICIONES GENERALES El presente Pliego de Condiciones tiene por objeto definir al Contratista el alcance

del trabajo y la ejecución cualitativa del mismo.

El trabajo eléctrico consistirá en la instalación eléctrica completa para líneas de potencia, maniobra, señales y tierra.

El alcance del trabajo del Contratista incluye la construcción y ejecución de la instalación en función de los planos, diagramas, especificaciones, lista de materiales, y requisitos para la adquisición e instalación del trabajo.

5.2 REGLAMENTOS Y NORMAS Todas las unidades de obra se ejecutarán cumpliendo las prescripciones indicadas en

los Reglamentos de Seguridad y Normas Técnicas de obligado cumplimiento para este tipo de instalaciones, tanto de ámbito nacional, autonómico como municipal, así como, todas las otras que se establezcan en la Memoria Descriptiva del mismo.

Se adaptarán además, a las presentes condiciones particulares que complementarán las indicadas por los Reglamentos y Normas citadas.

5.3 MATERIALES Todos los materiales empleados serán de primera calidad. Cumplirán las

especificaciones y tendrán las características indicadas en el proyecto y en las normas técnicas generales, y además en las de la Compañía Distribuidora de Energía, para este tipo de materiales.

Toda especificación o característica de materiales que figuren en uno solo de los documentos del Proyecto, aún sin figurar en los otros es igualmente obligatoria.

En caso de existir contradicción u omisión en los documentos del proyecto, el Contratista obtendrá la obligación de ponerlo de manifiesto al Técnico Director de la obra, quien decidirá sobre el particular. En ningún caso podrá suplir la falta directamente, sin la autorización expresa.

Una vez adjudicada la obra definitivamente y antes de iniciarse esta, el Contratista presentara al Técnico Director los catálogos, cartas muestra, certificados de garantía o de homologación de los materiales que vayan a emplearse. No podrá utilizarse materiales que no hayan sido aceptados por el Técnico Director.


132

5.4 EJECUCIÓN DE LAS OBRAS

5.4.1 Comienzo El contratista dará comienzo la obra en el plazo que figure en el contrato establecido

con la Propiedad, o en su defecto a los quince días de la adjudicación definitiva o de la firma del contrato.

El Contratista está obligado a notificar por escrito o personalmente en forma directa al Técnico Director la fecha de comienzo de los trabajos.

5.4.2 Plazo de Ejecución La obra se ejecutará en el plazo que se estipule en el contrato suscrito con la

Propiedad o en su defecto en el que figure en las condiciones de este pliego.

Cuando el Contratista, de acuerdo, con alguno de los extremos contenidos en el presente Pliego de Condiciones, o bien en el contrato establecido con la Propiedad, solicite una inspección para poder realizar algún trabajo ulterior que esté condicionado por la misma, vendrá obligado a tener preparada para dicha inspección, una cantidad de obra que corresponda a un ritmo normal de trabajo.

Cuando el ritmo de trabajo establecido por el Contratista, no sea el normal, o bien a petición de una de las partes, se podrá convenir una programación de inspecciones obligatorias de acuerdo con el plan de obra.

5.4.3 Libro de Ordenes El Contratista dispondrá en la obra de un Libro de Ordenes en el que se escribirán las

que el Técnico Director estime darle a través del encargado o persona responsable, sin perjuicio de las que le dé por oficio cuando lo crea necesario y que tendrá la obligación de firmar el enterado.

5.5 INTERPRETACIÓN Y DESARROLLO DEL PROYECTO La interpretación técnica de los documentos del Proyecto, corresponde al Técnico

Director. El Contratista está obligado a someter a éste cualquier duda, aclaración o contradicción que surja durante la ejecución de la obra por causa del Proyecto, o circunstancias ajenas, siempre con la suficiente antelación en función de la importancia del asunto.

El contratista se hace responsable de cualquier error de la ejecución motivado por la omisión de ésta obligación y consecuentemente deberá rehacer a su costa los trabajos que correspondan a la correcta interpretación del Proyecto.

El Contratista está obligado a realizar todo cuanto sea necesario para la buena ejecución de la obra, aún cuando no se halle explícitamente expresado en el pliego de condiciones o en los documentos del proyecto.

El contratista notificará por escrito o personalmente en forma directa al Técnico Director y con suficiente antelación las fechas en que quedarán preparadas para inspección, cada una de las partes de obra para las que se ha indicado la necesidad o conveniencia de la misma o para aquellas que, total o parcialmente deban posteriormente quedar ocultas.


133

De las unidades de obra que deben quedar ocultas, se tomaran antes de ello, los datos precisos para su medición, a los efectos de liquidación y que sean suscritos por el Técnico Director de hallarlos correctos. De no cumplirse este requisito, la liquidación se realizará en base a los datos o criterios de medición aportados por éste.

5.6 OBRAS COMPLEMENTARIAS El contratista tiene la obligación de realizar todas las obras complementarias que

sean indispensables para ejecutar cualquiera de las unidades de obra especificadas en cualquiera de los documentos del Proyecto, aunque en el, no figuren explícitamente mencionadas dichas obras complementarias. Todo ello sin variación del importe contratado.

5.7 MODIFICACIONES El contratista está obligado a realizar las obras que se le encarguen resultantes de

modificaciones del proyecto, tanto en aumento como disminución o simplemente variación, siempre y cuando el importe de las mismas no altere en más o menos de un 25% del valor contratado.

La valoración de las mismas se hará de acuerdo, con los valores establecidos en el presupuesto entregado por el Contratista y que ha sido tomado como base del contrato. El Técnico Director de obra está facultado para introducir las modificaciones de acuerdo con su criterio, en cualquier unidad de obra, durante la construcción, siempre que cumplan las condiciones técnicas referidas en el proyecto y de modo que ello no varíe el importe total de la obra.

5.8 OBRA DEFECTUOSA Cuando el Contratista halle cualquier unidad de obra que no se ajuste a lo

especificado en el proyecto o en este Pliego de Condiciones, el Técnico Director podrá aceptarlo o rechazarlo; en el primer caso, éste fijará el precio que crea justo con arreglo a las diferencias que hubiera, estando obligado el Contratista a aceptar dicha valoración, en el otro caso, se reconstruirá a expensas del Contratista la parte mal ejecutada sin que ello sea motivo de reclamación económica o de ampliación del plazo de ejecución.

5.9 MEDIOS AUXILIARES Serán de cuenta del Contratista todos los medios y máquinas auxiliares que sean

precisas para la ejecución de la obra. En el uso de los mismos estará obligado a hacer cumplir todos los Reglamentos de Seguridad en el trabajo vigentes y a utilizar los medios de protección a sus operarios.

5.10 CONSERVACIÓN DE LAS OBRAS Es obligación del Contratista la conservación en perfecto estado de las unidades de

obra realizadas hasta la fecha de la recepción definitiva por la Propiedad, y corren a su cargo los gastos derivados de ello.


134

5.11 RECEPCIÓN DE LAS OBRAS

5.11.1 Recepción Provisional Una vez terminadas las obras, tendrá lugar la recepción provisional y para ello se

practicará en ellas un detenido reconocimiento por el Técnico Director y la Propiedad en presencia del Contratista, levantando acta y empezando a correr desde ese día el plazo de garantía si se hallan en estado de ser admitida.

De no ser admitida se hará constar en el acta y se darán instrucciones al Contratista para subsanar los defectos observados, fijándose un plazo para ello, expirando el cual se procederá a un nuevo reconocimiento a fin de proceder a la recepción provisional.

5.11.2 Plazo de Garantía El plazo de garantía será como mínimo de tres años, contado desde la fecha de la

recepción provisional, o bien el que se establezca en el contrato también contado desde la misma fecha. Durante este período queda a cargo del Contratista la conservación de las obras y arreglo de los desperfectos causados por asiento de las mismas o por mala construcción.

5.11.3 Recepción Definitiva Se realizará después de transcurrido el plazo de garantía de igual forma que la

provisional. A partir de esta fecha cesará la obligación del Contratista de conservar y reparar a su cargo las obras si bien subsistirán las responsabilidades que pudiera tener por defectos ocultos y deficiencias de causa dudosa.

5.12 CONTRATACIÓN DE LA EMPRESA

5.12.1 Modo de Contratación El conjunto de las instalaciones las realizará la empresa escogida por concurso-

subasta.

5.12.2 Presentación Las empresas seleccionadas para dicho concurso deberán presentar sus proyectos en

sobre lacrado, antes del 15 de octubre de 2004 en el domicilio del propietario.

5.12.3 Selección La empresa escogida será anunciada la semana siguiente a la conclusión del plazo de

entrega. Dicha empresa será escogida de mutuo acuerdo entre el propietario y el director de la obra, sin posible reclamación por parte de las otras empresas concursantes.


135

5.13 FIANZA En el contrato se establecerá la fianza que el contratista deberá depositar en garantía

del cumplimiento del mismo, o, se convendrá una retención sobre los pagos realizados a cuenta de obra ejecutada.

De no estipularse la fianza en el contrato se entiende que se adopta como garantía una retención del 5% sobre los pagos a cuenta citados.

En el caso de que el Contratista se negase a hacer por su cuenta los trabajos para ultimar la obra en las condiciones contratadas, o a atender la garantía, la Propiedad podrá ordenar ejecutarlas a un tercero, abonando su importe con cargo a la retención o fianza, sin perjuicio de las acciones legales a que tenga derecho la Propiedad si el importe de la fianza no bastase.

La fianza retenida se abonará al Contratista en un plazo no superior a treinta días una vez firmada el acta de recepción definitiva de la obra.

5.14 CONDICIONES ECONÓMICAS

5.14.1 Abono de la Obra En el contrato se deberá fijar detalladamente la forma y plazos que se abonarán las

obras. Las liquidaciones parciales que puedan establecerse tendrán carácter de documentos provisionales a buena cuenta, sujetos a las certificaciones que resulten de la liquidación final. No suponiendo, dichas liquidaciones, aprobación ni recepción de las obras que comprenden.

Terminadas las obras se procederá a la liquidación final que se efectuará de acuerdo con los criterios establecidos en el contrato.

5.14.2 Precios El contratista presentará, al formalizarse el contrato, relación de los precios de las

unidades de obra que integran el proyecto, los cuales de ser aceptados tendrán valor contractual y se aplicarán a las posibles variaciones que puedan haber.

Estos precios unitarios, se entiende que comprenden la ejecución total de la unidad de obra, incluyendo todos los trabajos aún los complementarios y los materiales así como la parte proporcional de imposición fiscal, las cargas laborales y otros gastos repercutibles.

En caso de tener que realizarse unidades de obra no previstas en el proyecto, se fijará su precio entre el Técnico Director y el Contratista antes de iniciar la obra y se presentará a la propiedad para su aceptación o no.

5.15 REVISIÓN DE PRECIOS En el contrato se establecerá si el contratista tiene derecho a revisión de precios y la

fórmula a aplicar para calcularla. En defecto de esta última, se aplicará a juicio del Técnico Director alguno de los criterios oficiales aceptados.


136

5.16 PENALIZACIONES Por retraso en los plazos de entrega de las obras, se podrán establecer tablas de

penalización cuyas cuantías y demoras se fijarán en el contrato.

5.17 CONTRATO El contrato se formalizará mediante documento privado, que podrá elevarse a

escritura pública a petición de cualquiera de las partes. Comprenderá la adquisición de todos los materiales, transporte, mano de obra, medios auxiliares para la ejecución de la obra proyectada en el plazo estipulado, así como la reconstrucción de las unidades defectuosas, la realización de las obras complementarias y las derivadas de las modificaciones que se introduzcan durante la ejecución, éstas últimas en los términos previstos.

La totalidad de los documentos que componen el Proyecto Técnico de la obra serán incorporados al contrato y tanto el contratista como la Propiedad deberán firmarlos en testimonio de que los conocen y aceptan.

5.18 RESPONSABILIDADES El Contratista es el responsable de la ejecución de las obras en las condiciones

establecidas en el proyecto y en el contrato. Como consecuencia de ello vendrá obligado a la demolición de lo mal ejecutado y a su reconstrucción correctamente sin que sirva de excusa el que el Técnico Director haya examinado y reconocido las obras.

El contratista es el único responsable de todas las contravenciones que él o su personal cometan durante la ejecución de las obras u operaciones relacionadas con las mismas. También es responsable de los accidentes o daños que por errores, inexperiencia o empleo de métodos inadecuados se produzcan a la propiedad a los vecinos o terceros en general.

El Contratista es el único responsable del incumplimiento de las disposiciones vigentes en la materia laboral respecto de su personal y por tanto los accidentes que puedan sobrevenir y de los derechos que puedan derivarse de ellos.

5.19 RESCISIÓN DEL CONTRATO

5.19.1 Causas de Rescisión Se consideraran causas suficientes para la rescisión del contrato las siguientes:

• Primera: Muerte o incapacitación del Contratista.

• Segunda: La quiebra del contratista.

• Tercera: Modificación del proyecto cuando produzca alteración en más o menos 25% del valor contratado.

• Cuarta : Modificación de las unidades de obra en número superior al 40% del original.


137

• Quinta : La no iniciación de las obras en el plazo estipulado cuando sea por causas ajenas a la Propiedad.

• Sexta : La suspensión de las obras ya iniciadas siempre que el plazo de suspensión sea mayor de seis meses.

• Séptima: Incumplimiento de las condiciones del Contrato cuando implique mala fe.

• Octava : Terminación del plazo de ejecución de la obra sin haberse llegado a completar ésta.

• Décima : Actuación de mala fe en la ejecución de los trabajos.

• Decimoprimera: Destajar o subcontratar la totalidad o parte de la obra a terceros sin la autorización del Técnico Director y la Propiedad.

5.20 LIQUIDACIÓN EN CASO DE RESCISIÓN DEL CONTRATO Siempre que se rescinda el Contrato por causas anteriores o bien por acuerdo de

ambas partes, se abonará al Contratista las unidades de obra ejecutadas y los materiales acopiados a pie de obra y que reúnan las condiciones y sean necesarios para la misma.

Cuando se rescinda el contrato llevará implícito la retención de la fianza para obtener los posibles gastos de conservación de el período de garantía y los derivados del mantenimiento hasta la fecha de nueva adjudicación.

5.21 CONDICIONES FACULTATIVAS

5.21.1 Normas a seguir El diseño de la instalación eléctrica estará de acuerdo con las exigencias o

recomendaciones expuestas en la última edición de los siguientes códigos:

• Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión e Instrucciones Complementarias.

• Normas UNE.

• Publicaciones del Comité Electrotécnico Internacional (CEI).

• Plan nacional y Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el trabajo.

• Normas de la Compañía Suministradora.

• Lo indicado en este pliego de condiciones con preferencia a todos los códigos y normas.


138

5.21.2 Personal El Contratista tendrá al frente de la obra un encargado con autoridad sobre los demás

operarios y conocimientos acreditados y suficientes para la ejecución de la obra.

El encargado recibirá, cumplirá y transmitirá las instrucciones y ordenes del Técnico Director de la obra.

El Contratista tendrá en la obra, el número y clase de operarios que haga falta para el volumen y naturaleza de los trabajos que se realicen, los cuales serán de reconocida aptitud y experimentados en el oficio. El Contratista estará obligado a separar de la obra, a aquel personal que a juicio del Técnico Director no cumpla con sus obligaciones, realice el trabajo defectuosamente, bien por falta de conocimientos o por obrar de mala fe.

5.21.3 Reconocimientos y ensayos previos Cuando lo estime oportuno el Técnico Director, podrá encargar y ordenar el análisis,

ensayo o comprobación de los materiales, elementos o instalaciones, bien sea en fábrica de origen, laboratorios oficiales o en la misma obra, según crea más conveniente, aunque estos no estén indicados en este pliego.

En el caso de discrepancia, los ensayos o pruebas se efectuarán en el laboratorio oficial que el Técnico Director de obra designe.

Los gastos ocasionados por estas pruebas y comprobaciones, serán por cuenta del Contratista

5.21.4 Ensayos

• Antes de la puesta en servicio del sistema eléctrico, el Contratista habrá de hacer los ensayos adecuados para probar, a la entera satisfacción del Técnico Director de obra, que todo equipo, aparatos y cableado han sido instalados correctamente de acuerdo con las normas establecidas y están en condiciones satisfactorias del trabajo.

• Todos los ensayos serán presenciados por el Ingeniero que representa el Técnico Director de obra.

• Los resultados de los ensayos serán pasados en certificados indicando fecha y nombre de la persona a cargo del ensayo, así como categoría profesional.

• Los cables, antes de ponerse en funcionamiento, se someterán a un ensayo de resistencia de aislamiento entre las fases y entre fase y tierra, que se hará de la forma siguiente:

• Alimentación a motores y cuadros. Con el motor desconectado medir la resistencia de aislamiento desde el lado de salida de los arrancadores.

• Maniobra de motores. Con los cables conectados a las estaciones de maniobra y a los dispositivos de protección y mando medir la resistencia de aislamiento entre fases y tierra solamente.


139

• En los cables enterrados, estos ensayos de resistencia de aislamiento se harán antes y después de efectuar el rellenado y compactado.

5.22 EQUIPOS ELÉCTRICOS

5.22.1 Generalidades El ofertante será el responsable del suministro de los equipos elementos eléctricos.

La mínima protección será IP54, según DIN 40050, garantizándose una protección contra depósitos nocivos de polvo y salpicaduras de agua; garantía de protección contra derivaciones.

Se preverán prensaestopas de aireación en las partes inferiores de los armarios. En los armarios grandes, en la parte inferior y superior, para garantizar mejor la circulación del aire.

Así mismo no se dejará subir la temperatura en la zona de los cuadros eléctricos y de instrumentación por encima de los 35oC por lo que el ofertante deberá estudiar dicha condición y los medios indicados en el proyecto, ventilación forzada y/o termostato ambiental, para que si no los considera suficiente prevea acondicionamiento de aire por refrigeración, integrada en los cuadros o ambiental para la zona donde están situados.

Así pues todos los armarios incorporarán además como elementos auxiliares propios, los siguientes accesorios:

• Ventilación forzada e independiente del exterior.

• Seguridad de intrusismo y vandalismo.

• Accesibilidad a todos sus módulos y elementos.

Se tendrán en cuenta las condiciones ambientales de uso. Por ello, se aplicará la clasificación 721-2 de polvo, arena, niebla salina, viento, etc. según norma IEC 721.

Para determinar los dispositivos de protección en cada punto de la instalación se deberá calcular y conocer:

• La intensidad de empleo en función del cos. fi, simultaneidad, utilización y factores de aplicación previstos e imprevistos. De éste último se fijará un factor.

• La intensidad del cortocircuito.

• El poder de corte del dispositivo de protección, que deberá ser mayor que la ICC (intensidad de cortocircuito) del punto en el cual está instalado.

• La coordinación del dispositivo de protección con el aparellaje situado aguas abajo.

• La selectividad a considerar en cada caso, con otros dispositivos de protección situados aguas arriba.


140

Se determinará la sección de fases y la sección de neutro en función de protegerlos contra sobrecargas, verificándose:

• La intensidad que pueda soportar la instalación será mayor que la intensidad de empleo, previamente calculada.

• La caída de tensión en el punto más desfavorable de la instalación será inferior a la caída de tensión permitida, considerados los casos más desfavorables, como por ejemplo tener todos los equipos en marcha con las condiciones ambientales extremas.

• Las secciones de los cables de alimentación general y particular tendrán en cuenta los consumos de las futuras ampliaciones.

Se verificará la relación de seguridad (Vc / VL), tensión de contacto menor o igual a la tensión límite permitida según los locales MI-BT021, protección contra contactos directos e indirectos.

La protección contra sobrecargas y cortocircuitos se hará, preferentemente, con interruptores automáticos de alto poder de cortocircuito, con un poder de corte aproximado de 50 KA, y tiempo de corte inferior a 10 ms. Cuando se prevean intensidades de cortocircuito superiores a las 50 KA, se colocarán limitadores de poder de corte mayor que 100 KA y tiempo de corte inferior a 5 ms.

Estos interruptores automáticos tendrán la posibilidad de rearme a distancia a ser mandados por los PLC del telemando. Así mismo poseerán bloques de contactos auxiliares que discriminen y señalicen el disparo por cortocircuito, del térmico, así como posiciones del mando manual.

Las curvas de disparo magnético de los disyuntores, se adaptarán a las distintas protecciones de los receptores.

Cuando se empleen fusibles como limitadores de corriente, éstos se adaptarán a las distintas clases de receptores, empleándose para ello los más adecuados, ya sean aM, gF, gL o gT, según la norma UNE 21-103.

Todos los relés auxiliares serán del tipo enchufable en base tipo undecal, de tres contactos inversores, equipados con contactos de potencia, (10 A. para carga resistiva, cos. fi=1), aprobados por UL.

La protección contra choque eléctrico será prevista, y se cumplirá con las normas UNE 20-383 y MI-BT021.

La determinación de la corriente admisible en las canalizaciones y su emplazamiento será, como mínimo, según lo establecido en MI BT004. La corriente de las canalizaciones será 1.5 veces la corriente admisible.

Las caídas de tensión máximas autorizadas serán según MI BT017, siendo el máximo, en el punto más desfavorable del 5% en fuerza. Esta caída de tensión se calculará considerando alimentados todos los aparatos de utilización susceptibles de funcionar simultáneamente, en las condiciones atmosféricas más desfavorables.

Los conductores eléctricos usarán los colores distintivos según normas UNE, y serán etiquetados y numerados para facilitar su fácil localización e interpretación en los planos y en la instalación.


141

El sistema de instalación será según la instrucción MI BT018 y otras por interiores y receptores, teniendo en cuenta las características especiales de los locales y tipo de industria.

El ofertante debe detallar en su oferta todos los elementos y equipos eléctricos ofrecidos, indicando nombre de fabricante.

Además de las especificaciones requeridas y ofrecidas, se debe incluir en la oferta:

• Memorando de cálculos de carga, de iluminación, de tierra, protecciones y otros que ayuden a clasificar La calidad de las instalaciones ofertadas.

• Diseños preliminares y planos de los sistemas ofertados.

• En planos se empleará simbología normalizada S/UNE 20.004

Se tenderá a homogeneizar el tipo de esquema, numeración de borneros de salida y entrada y en general todos los elementos y medios posibles de forma que facilite el mantenimiento de las instalaciones.

5.22.2 Cuadros Eléctricos En los cuadros eléctricos se incluirán pulsadores de marcha y parada, con

señalización del estado de cada aparato (funcionamiento y avería).

El concursante razonará el tipo elegido, indicando las siguientes características:

• Estructura de los cuadros, con dimensiones, materiales empleados (perfiles, chapas, etc...), con sus secciones o espesores, protección antioxidante, pinturas, etc ...

• Compartimientos en que se dividen.

• Elementos que se alojan en los cuadros (embarrados, aisladores, etc...), detallando los mismos.

• Interruptores automáticos.

• Salida de cables, relés de protección, aparatos de medida y elementos auxiliares.

• Protecciones eléctricas

Defecto Diferencial

Defecto magnetotérmico

Se proyectarán y razonarán los enclavamientos en los cuadros, destinados a evitar falsas maniobras y para protección contra accidentes del personal, así como en el sistema de puesta a tierra del conjunto de las cabinas.

En las tapas frontales se incluirá un sinóptico con el esquema unipolar plastificado incluyendo los aparatos de indicación, marcha, protección y título de cada elemento con letreros también plastificados.

Se indicarán los fabricantes de cada uno de los elementos que componen los cuadros y el tipo de los mismos.


142

5.22.3 Red de Puesta a Tierra En cada instalación se efectuará una red de tierra. El conjunto de líneas y tomas de

tierra tendrán unas características tales, que las masas metálicas no podrán ponerse a una tensión superior a 24 V, respecto de la tierra.

Todas las carcasas de aparatos de alumbrado, así como enchufes, etc., dispondrán de su toma de tierra, conectada a una red general independiente de la de los centros de transformación y de acuerdo con el reglamento de B.T.

Las instalaciones de toma de tierra, seguirán las normas establecidas en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión y sus instrucciones complementarias.

Los materiales que compondrán la red de tierra estarán formados por placas, electrodos, terminales, cajas de pruebas con sus terminales de aislamiento y medición, etc.

Donde se prevea falta de humedad o terreno de poca resistencia se colocarán tubos de humedificación además de reforzar la red con aditivos químicos.

La resistencia mínima a corregir no alcazará los 4 ohmios.

La estructura de obra civil será conectada a tierra. Todos los empalmes serán tipo soldadura aluminotérmica sistema CADWELL o similar.

5.22.4 Instalaciones de Acometidas El contratista contactará con la correspondiente compañía eléctrica de forma que

técnicamente las instalaciones se realicen de acuerdo con las normas de la compañía.

Así mismo los proyectos de instalaciones serán presentados a industria con la máxima celeridad para obtener los permisos correspondientes.

Todos los gastos ocasionados por la acometida y por los permisos de industria estarán en los precios del presupuesto.

5.22.5 Protección contra descargas atmosféricas Se deberá estudiar e incluir si es necesario un sistema de protección total de las

instalacionse de acuerdo con las normas vigentes en conformidad con la resistencia de tierra y las áreas geográficas.

Deberá entregarse un memorándum de cálculos sobre el método seguido para cada caso.

Este sistema englobará tanto la protección general de cada instalación como la particular de elementos ya sea esta última con separadores galvánicos, circuitos RC, varistores, etc.

Automatización de dos hornos para la recuperación de plomo Anexo

143

6 ANEXO

6.1 INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIALPodemos definir un proceso como cualquier acción o movimiento controlado

sistemáticamente, con el objetivo de conseguir un resultado o propósito determinado.

En cualquier proceso industrial, tendremos etapas que van a requerir de unasupervisión y control determinados para obtener un producto de calidad. Para todo ello, esnecesario, un perfecto conocimiento tanto del proceso, como de las variables queintervienen a lo largo del. Deberemos controlar variables como la Presión, la Temperatura,el Caudal etc. Para ello, surge la instrumentación industrial, como vía de estudio devariables de proceso, selección de los equipos adecuados y ejecución de algún tipo decontrol.

La instrumentación se aplica en todos los campos del sector industrial; químico,textil, metalúrgico, alimentario etc. La tendencia actual, ha encauzado la instrumentaciónhacia procesos relacionados con el medio ambiente: depuradoras, control de emisiones,plantas de reciclaje... En los capítulos siguientes, se presenta una introducción al mundo dela instrumentación. Empezando por la terminología de uso común, las nomenclaturas delos equipos, y una introducción a las principales variables de medición y control con losinstrumentos más adecuados para ello. Se profundizará en los principios de funcionamientode los equipos, realizando comparativas entre ellos para poder realizar la elección delequipo adecuado en cada situación.

El área de control de procesos, es una división del sector electrotécnico, donde nosolo deberemos tener conocimientos eléctricos y electrónicos, si no que deberemos conoceren profundidad el proceso en si mismo; si no se conocen perfectamente las variables aestudiar y el efecto que tienen sobre el proceso, será imposible dimensionar un sistema decontrol (manual, semi-automático o automático) adecuado.

6.2 TERMINOLOGÍALos equipos usados en tareas de control de procesos, comparten una serie de

definiciones unificadas por los fabricantes de los mismos. Estas características determinanparámetros relacionados con el campo de medición del instrumento.

Aunque existen múltiples términos, resumiremos los principales a continuación:

- Rango del Instrumento.

- Cero del Instrumento.

- Span del Instrumento.

- Rangeabilidad del Instrumento.

- Clase o Precisión.

- Error del equipo.

- Histéresis.

- Banda Muerta.


144

6.2.1 Rango del InstrumentoEl rango del instrumento, indica el conjunto de valores de la variable medida

comprendidos entre el límite inferior y superior de la capacidad de lectura del equipo. Seexpresa por sus dos valores límites.

6.2.2 Cero del InstrumentoEl cero de un instrumento es el valor límite inferior del equipo. No tiene porque

corresponderse con el cero algebraico, y en la mayoría de los casos es ajustable dentro deunos límites.

6.2.3 Span del InstrumentoEl Span de un equipo se define como la diferencia entre el valor máximo y mínimo

en el rango de medición del instrumento.

6.2.4 Rangeabilidad del instrumentoLa Rangeabilidad o dinámica de medida expresa el cociente algebraico entre el

rango de medida máximo y mínimo del equipo.

6.2.5 Clase o PrecisiónLa clase del instrumento determina los límites de los errores de lectura que comete

el instrumento cuando este trabaja en condiciones normales durante un tiempodeterminado.

La precisión suele expresarse con relación a los siguientes parámetros.

- Tanto por ciento del alcance.

- Tanto por ciento de la lectura.

- Tanto por ciento del valor máximo.

- Directamente en unidades de la variable objeto de la medición.

La clase de un instrumento, es un factor clave a la hora de elegir un instrumento,pues el coste del mismo depende del grado de precisión que tenga. Por ello esrecomendable ajustar la clase del equipo en función del proceso.

6.2.6 Error del equipoEl error es la diferencia entre el valor de lectura observado o transmitido por el

instrumento y el valor real de la variable. Depende en gran manera de la clase delinstrumento. Hay que descartar de esta definición, sobre todo en instrumentos analógicos,el posible error de lectura del operador.

Un montaje típico en una aplicación, es la visualización de variables, consiste en lainstalación de un transmisor para medir un determinado parámetro; El instrumentotransmite el valor hacía un indicador o display que visualiza en unidades de ingeniería lavariable medida. El error y la clase del instrumento, deben ir desde luego en perfectaconcordancia con la clase y error del display.


145

No tiene ningún sentido la colocación de un transmisor de alta precisión, si el displaytiene una precisión inferior, o no permite la representación gráfica de puntos decimales.

A ello, se le puede añadir que la transmisión de una señal analógica puede sersusceptible a perturbaciones electromagnéticas que pueden variar la señal transmitida. Esdecir, en un lazo de visualización o control, la variable real medida y la variablevisualizada están sujetas a un error que depende de los instrumentos y de la transmisión desu valor.

6.2.7 HistéresisLa histéresis, es la diferencia máxima de lectura de una variable cuando esta variable

efectúa el movimiento en el rango de medida en sentido ascendente y cuando lo realiza ensentido descendente. Es un valor porcentual. La histéresis es una característica implícita enel equipo y estrechamente relacionada con la banda muerta, descrita posteriormente.

Span Equipo

Span

Equ

ipo

Histéresis

SentidoDescendente

AscendenteSentido

Figura 6.1. Curva de Histéresis

La histéresis puede expresarse algebraicamente de la siguiente manera:

100*span

VVH vsvb −= (1)

Siendo:

H: Histéresis

Vvb: Valor Variable en sentido descendente.

Vvs: Valor Variable en sentido ascendente.


146

6.2.8 Banda MuertaLa banda muerta, es el valor mínimo de lectura que debe detectar el instrumento

para poder variar la señal de salida.

6.2.9 EjemploPara poder comprender mejor las definiciones anteriores, aplicaremos las

definiciones a un instrumento determinado.

Vamos a suponer un Transmisor de Presión de 0-200 bar de presión.

Rango del Instrumento: 0-200 bar.

Cero del Instrumento: 0 bar.

Span del Instrumento: 200-0 bar = 200 bar.

Clase o Precisión:

Tanto por ciento de la lectura efectuada:

Suponemos una clase de ± 1,5% y una lectura de 100 bar.

El valor real de presión será: 100 bar ±1,5%. Es decir un valor comprendido entre 101,5 y98.5 bar.

Tanto por ciento del valor máximo

Suponemos una clase de ± 1,5%

La clase del equipo será de ±1,5% de 200 = ± 3 bar.

Directamente en unidades de la variable medida

Suponemos una clase de ± 1,5%Histéresis: Suponemos para un valor real de 35 bar, un valor en el rango ascendente de35,1, y un valor descendente de 35,4 bar.

La histéresis según la expresión (1) será igual a:

%15,0100*1,354,35=

−=

spanH

Banda Muerta: Suponemos una banda muerta de ± 0,1%

Por lo tanto la banda muerta del instrumento será de 0,1 * span/100 = 0,2 bar

6.3 NOMENCLATURAS EN INSTRUMENTACIÓNLa complejidad de los procesos, obliga a la instalación de distintos tipos de

instrumentos y a la instalación de varios instrumentos del mismo tipo. Para evitarconfusiones entre equipos, es muy importante que se les asigne un nombre que loclasifique funcionalmente. Este nombre pasa a denominarse TAG, y se mantendrá durantetodo el proyecto. El TAG del instrumento, está formado por un conjunto de letras ynúmeros que definen tanto su funcionalidad como su localización.


147

A continuación se resumen los extractos de la normativa ISA-S5.1-84 en relacióncon las nomenclaturas en instrumentación:

Definición 1: Un Instrumento es un dispositivo para medir y/o controlar unavariable directa o indirectamente. El término Instrumento, incluye elementos primarios,elementos finales de control, dispositivos de computación y dispositivos eléctricos comoindicadores, interruptores y pulsadores. El término no se aplica a las partes ocomponentes internas de los instrumentos (Ej. Resistencias.) [S5.1] .

Definición 2: Un Instrumento es un dispositivo para realizar algún análisis delfluido que compone la muestra; para lo cual se requiere dicha línea de muestra. Estadefinición se refiere a un analizador como un instrumento. [S67.10].

Definición 3: Un Instrumento es un dispositivo para efectuar una medición de undeterminado valor. El dispositivo puede indicar el valor, registrarlo y controlarlo.

Código de identificación de instrumentos en los lazos de instrumentación ISA-S5.1-84

Cada instrumento debe identificarse con un sistema de letras que lo clasifiquefuncionalmente. Tabla 6.1.

PIT 1201Primera

letraLetras

SucesivasNúmerodel lazo

Sufijo(opcional)

Identificaciónfuncional

Identificación dellazo o bucle

Tabla 6.1. Identificación del Lazo de Control

- El número de letras funcionales para un instrumento debe ser mínimo, noexcediendo de cuatro. Para ello conviene:

- Disponer de letras en subgrupos.

- En un instrumento que indica y registra la misma variable medida, puede omitirsela letra I (indicación).

- Los bucles de instrumentos de un proyecto deben identificarse con una secuenciaúnica de números.

- Un instrumento que realiza dos o más funciones, puede designarse por todas susfunciones.

- Los accesorios para instrumentos, tales como rotámetros, filtros, reductores depresión, membranas separadoras etc. Deben emplear el mismo número de bucleque el instrumento asociado. Alternativamente, pueden emplear el mismo númerode identificación que el de sus instrumentos asociados, pero con palabrasaclaratorias. Por ejemplo, un filtro para un Transmisor de caudal FT-xxxx, debeidentificarse como FX-xxxx o FT-xxxx filtro.

A continuación se muestra la tabla correspondiente a las letras de identificación funcionalde instrumentos.


148

1ª Letra Letras Sucesivas

Variable medida Letra demodificación

Función delectura pasiva

Función desalida

Letra demodificación

A Análisis ................ Alarma ................ ................

B Llama(quemador) ................ Libre (1) Libre (1) Libre (1)

C Conductividad ................ ................ Control ................

D Densidad o PesoEspecífico Diferencial ................ ................ ................

E Tensión (f.e.m.) ................ ElementoPrimario ................ ................

F Caudal Relación ................ ................ ................G Calibre ................ Vidrio ................ ................H Manual ................ ................ ................ Alto

I CorrienteEléctrica ................ Indicación o

Indicador ................ ................

J Potencia Exploración ................ ................ ................

K Tiempo ................ ................ Estación deControl ................

L Nivel ................ Luz Piloto ................ Bajo

M Humedad ................ ................ ................ Medio oIntermedio

N Libre (1) ................ Libre (1) Libre LibreO Libre (1) ................ Orificio ................ ................

P Presión o Vacío ................ Punto dePrueba ................ ................

Q Cantidad Integración ................ ................ ................R Radiactividad ................ Registro ................ ................

S Velocidad oFrecuencia Seguridad ................ Interruptor ................

T Temperatura ................ ................ Transmisión oTransmisor ................

U Multivariable ................ Multifunción Multifunción MultifunciónV Viscosidad ................ ................ Válvula ................W Peso o Fuerza ................ Vaina ................ ................X Sin Clasificar (2) ................ Sin Clasificar Sin Clasificar Sin Clasificar

Y Libre (1) ................ ................ Relé oComputador ................

Z Posición ................ ................ Elemento finalsin clasificar ................

Tabla 6.2. Letras de Identificación

Un sistema de visualización y/o adquisición de variables está sujeto a una estructurafija representada en la figura 6.2. En ella se representan la variable objeto del estudio,desde su adquisición hasta su salida.


149

Cantidad oVariable a

Medir

Control y Realimentación

Fuente de Energía

Elementosensor

primario

Variable deConversión

Variable deConversión

Proceso de laSeñal

SalidaPerceptible

Almacenajede datos

Transmisiónde Datos

Ruido

TemperaturaVibraciónPresión

Transductor o Sensor

Figura 6.2. Estructura general de un instrumento de medición

La gran variedad de instrumentos, obligan a clasificarlos de alguna manera, a fin defacilitar su comprensión. A continuación desarrollaremos dos grupos básicos deordenación para poder ampliarlos posteriormente. Las clasificaciones propuestas seenumeran en la tabla 6.3.

Función delInstrumento Variable a Controlar

Ciegos Caudal o Flujo

Indicadores Nivel

Registradores Presión

Elementos Primarios Temperatura

Transmisores Densidad

Transductores pH

Convertidores Conductividad

Receptores Peso, fuerza

Controladores Otras variables

Actuadores

Tabla 6.3. Clasificaciones básicas de Instrumentos

6.3.1 Instrumentos CiegosSe llaman Instrumentos Ciegos aquellos que carecen de indicación de la variable de

proceso. Los presostatos, termostatos, transmisores de caudal, etc. Pueden ser instrumentosciegos en alguno de sus variantes.


150

6.3.2 Instrumentos IndicadoresComo su nombre indica, un instrumento indicador es el que incorpora algún

dispositivo bien sea analógico (esferas) o digital (display) que indica el valor de lavariable que están controlando. Pueden indicar el valor en unidades de ingeniería, oporcentualmente. Su función de instrumento indicador puede ser compatible a cualquierotra clasificación que el equipo pueda tener.

6.3.3 Instrumentos RegistradoresSon aquellos que registran gráficamente en papel o en formato magnético (disquetes,

cintas) la evolución de la variable durante el proceso. Actualmente, existen instrumentoscon la memoria suficiente para almacenar dicha evolución. Posteriormente puede“volcarse” toda la información en algún dispositivo que permita su impresión gráfica.

Principalmente los instrumentos registradores, son equipos multivariables, quereciben y representan la señal de varios equipos de medición. El intervalo de impresiónsuele ser configurable. Son de gran aplicación en procesos continuos de trabajo.

6.3.4 Elementos primariosIndependientemente de cualquier tipo de instrumento y de cualquier clasificación del

mismo, la totalidad de equipos de medición comparten el uso de un elemento primario.Este elemento es un dispositivo que se encuentra en contacto directo con la variable demedición y utilizan la energía del medio controlado para obtener una respuestadirectamente relacionada con cualquier variación de lectura de la variable controlada.

El elemento primario basa su proceder en el principio de funcionamiento de cada tipode instrumento, y puede ser de tipo eléctrico (sondas, termopares etc.) o de tipo neumático(manómetros de presión etc.)

6.3.5 TransmisoresLa definición de un transmisor, nos adentra en el estudio de otro gran campo dentro

de la instrumentación, que es el de la transmisión de señales.

Básicamente, un transmisor es un dispositivo que recibe la señal de la variable deproceso desde el elemento primario y la transforma en una señal de salida “estandarizada”para transmitirla o enviarla a distancia, hacía algún control o indicador. El uso de lostransmisores es de vital importancia en el control industrial; de ellos depende el conocer yretransmitir el valor de la variable a medir.

Los transmisores pueden clasificarse según el tipo de señal de transmisión; estas sonlas que se enumeran a continuación:

• Transmisores Electrónicos

• Transmisores Digitales

• Transmisores neumáticos

• Transmisores Hidráulicos

• Sistemas de transmisión Telemétricos


151

6.3.6 Tipología de señalesLa elección del transmisor, condiciona a usar, el tipo de señal que el equipo lleva

implícito.

Los transmisores neumáticos generan una señal neumática que varia linealmente de 3a 15 psi, para la totalidad del rango de medida del instrumento. Otros equipos neumáticosusan una señal que varia de 0,2 a 1 bar. Esta señal de salida es prácticamente equivalente ala señal de 3-15 psi.

La señal proveniente de un transmisor electrónico es de 4-20 mA c.c. Al ser unaseñal en corriente continua, y no alterna, no capta perturbaciones electromagnéticas. Elnivel mínimo seleccionado de 4 mA, elimina el problema de la corriente residual. Debido aque es una señal eléctrica, el transmisor debe estar alimentado. La mayoría de lostransmisores, se alimentan a través de la propia señal (transmisores pasivos), aunqueexisten algunos que tienen alimentación independiente de la señal (transmisores activos).Esta distinción entre activos y pasivos será muy importante a la hora de dimensionar unsistema de control.

Actualmente, existen transmisores digitales, donde la señal consiste en un conjuntode bits. Cada bit puede tener dos estados, el 1 que indica el paso de una señal a través de unconductor y el 0 que indica lo contrario. La precisión de un transmisor digital dependerádel número de bits que tenga el equipo, así un transmisor de 8 bits, puede enviar 8 señalesbinarias simultáneamente. Como el mayor número binario de 8 cifras es:

11111111= 1+1⋅2+1⋅22+1⋅23+.....+1⋅215= 65535

La precisión obtenida por el transmisor es de 1/255 ⋅ 100 = ±0,4 %

Por el contrario, un transmisor de 16 bits:

1111111111111111= 1+1⋅2+1⋅22+1⋅23+.....+1⋅27= 255

La precisión obtenida por el transmisor es de 1/65535 ⋅ 100 = ±0,00152 %

El uso de los transmisores digitales, va ligado a la transmisión de señales mediantebuses de campo.

En la Tabla 6.4. se puede observar una comparativa entre los principalestransmisores.

Transmisor Señal Precisión Ventajas Inconvenientes

Neumático3-15 psi

0,2-1 bar±0,5 %

Rapidez

Aire limpio

No almacenaninformación

Distancias limitadas

Sensible a Vibraciones

Electrónicoconvencional 4-20 mA c.c. ±0,5 % Rapidez

Sensible a vibraciones

Electrónicointeligente 4-20 mA c.c. ±0,2 %

Mayor precisión

Intercambiable

Estable, Fiable

Mayor campo de medida

Lento


152

Transmisor Señal Precisión Ventajas Inconvenientes

Electrónicointeligente Señal

DigitalDigital ±0,1 %

Mayor Precisión

Mas estabilidad

Autodiagnóstico

Comunicaciónbidireccional

Configuración remota

Campo de medida másamplio

Menor mantenimiento

Lento

Falta normalización enlas comunicaciones

Tabla 6.4. Comparativa entre tipos de transmisores

6.3.7 Unidades de Ingeniería

En un proceso industrial, probablemente se deberán monitorizar, visualizar ocontrolar variables de todo tipo: Presiones, Caudales, Temperaturas... Cada medio acontrolar, se rige por unas unidades determinadas: bar, Psi, ºC, m3 etc. Dentro de laterminología de la instrumentación, es lo que se conoce por unidades de ingeniería. En latabla siguiente (tabla 6.5) se muestran las principales variables a controlar en un proceso ylas unidades de ingeniería que las representan.

Variablesprincipales Principales unidades de medida (Unidades de Ingeniería)

Presión bar Atmósfera mm c. H2O mm c. Hg Pa

Temperatura º C º K º F

Caudal m3/h l./min. l/seg.

Nivel m3 l.

Velocidad r.p.m. Hz

Densidad / pesoespecífico g/cm3 kg/m3 º API º Baumé º Brix

Viscosidad Pa⋅s m Pa⋅s Stoke Saybolt º Engler

Peso kg g. t

Humedad / Punto deRocío %

Analítica % p.p.m p.p.b.

Conductividad Siemens µmho

pH mV

Redox p.p.m mg

Llama

Tabla 6.5. Unidades de Ingeniería principales


153

El siguiente grupo de clasificación, es el que determina si la señal es Analógica oDigital.

Una señal Analógica transmite el valor en unidades eléctricas (generalmente) de lalectura de la variable de proceso. Por el contrario, una señal Digital, transmite simplementeun impulso eléctrico. Un ejemplo de señal analógica, sería el transmisor de presiónanterior. Y para una señal digital, el ejemplo podría ser un Termostato, que una vezdetectase una determinada temperatura de alarma, enviaría al Sistema de Control, unimpulso para poder realizar algún tipo de secuencia determinado.

6.3.8 TransductoresDentro de las definiciones sobre la clasificación de instrumentos, podremos detectar,

que muchos de los equipos comparten características en cuanto a clasificación se refiere.Este es el caso de los equipos transductores. Estos dispositivos detectan una señal deentrada en relación directa a la variable que miden, y la convierten modificada o no a unaseñal de salida. Así pues, todos los elementos primarios, son transductores, pero no debeaplicarse este termino al equipo que convierte una señal proveniente de algún instrumento.Los transmisores, pueden ajustarse también a la definición de transductor.

6.3.9 ConvertidoresLos convertidores son elementos que reciben una señal de entrada estandarizada,

bien sea neumática (3-15 psi) o electrónica (4..20 mA) y la convierten en otro tipo de señalestándar. Un ejemplo de convertidores, son los equipos P/I (Presión/ Intensidad) yviceversa I/P.

6.3.10 ReceptoresEl receptor, recibe la señal originaría de un equipo transmisor y lo registran o

indican. También pueden incorporar la función de los transmisores, al enviar señalesnormalizadas.

6.3.11 ControladoresLa esencia del control industrial se basa en el uso de los controladores. La definición

que se dará a continuación solo dará una orientación de lo que es un controlador, pues a lolargo de este proyecto veremos distintos tipos de controladores y distintos tipos de control.

En términos generales, un controlador es un elemento que compara la variable deentrada (enviada desde algún tipo de instrumento) con unos valores preestablecidos;efectuando una acción correctiva en función de la desviación.

6.3.12 Actuadores

Al igual que en el caso anterior los actuadores son un tema bastante amplio, y queveremos ampliado posteriormente. Vale decir, que el actuador, es el elemento final deproceso que recibirá la señal desde el controlador y modificará la variable de proceso.

Se puede observar la interrelación entre el controlador y el actuador, y en el proyectoque nos ocupa veremos la importancia de la elección del control y de los elementos finalesde proceso, como podrían ser las válvulas de regulación.


154

6.4 PRESIÓNEste capitulo, es el que introducirá el estudio de las principales variables de proceso

y de los equipos de medición para las mismas.

Como variable física, la presión es una fuerza sobre una unidad de superficie

w

Superficie decontacto AA

Wp =

R

Figura 6.3. Representación de la Presión

El cuerpo de la Fig. 6.3 se encuentra en equilibrio, gracias a otra fuerza igual a W yde sentido contrario, que ejerce el suelo sobre el cuerpo, que se llama reacción R.

El estudio de la presión se fundamenta en cinco principios:

• La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todasdirecciones.

• La presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal enel seno de un fluido en reposo es la misma.

• En un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce en el interior deun fluido una parte del fluido sobre la otra contigua al mismo, tiene ladirección normal a la superficie de contacto

• La fuerza de la presión en un fluido en reposo, se dirige siempre hacía elinterior del fluido, es decir, es una compresión, jamás una tracción.Tomando como positivo el signo de compresión, la presión absoluta nopuede ser negativa.

• La superficie libre de un líquido en reposo es siempre horizontal.

6.4.1 Clases de PresiónLa presión se puede clasificar según su tipo en las siguientes:

• Presión Atmosférica

• Presión Absoluta

• Presión Relativa.

• Presión Diferencial


155

• Vacío

En la siguiente figura Fig.6.4. se observan los tipos de presión.

Cero Absoluto

A

A'

B'' B B'C'

C

D''D

D'

Pres

ión

PresiónAtmosférica

VariacionesP. atmosférica

Figura 6.4. Clases de Presión

6.4.2 Presión AtmosféricaEs aquella que es ejercida por la atmósfera terrestre. Esta presión es susceptible de

variaciones en función de la temperatura y de la altitud. Si se mide con un barómetro, seobtendrá un valor cercano a 760 mm de columna de mercurio, o 1,0132 bar. Para facilitarcálculos, se toma la presión atmosférica como 1 bar. Con lo cual tenemos tres tipos deatmósferas:

- Atmósfera local: Presión en función del lugar y clima determinado.

- Atmósfera normal: 1.0132 bar.

- Atmósfera Técnica: 1 bar.

6.4.3 Presión Absoluta

Al igual que en la medida de temperaturas absolutas, que se efectúan en base al ceroabsoluto; la presión absoluta es aquella que se mide con relación al cero absoluto. En lafigura 4.2 corresponde con los puntos A y A’.

6.4.4 Presión RelativaLa presión relativa viene determinada por la diferencia de lectura entre la presión

absoluta y la atmosférica). La mayor parte de los equipos de medición de presión midenen base a la presión relativa.

Otro método para hallar la presión absoluta, es añadir a la presión relativa la presiónatmosférica del lugar (o en su defecto la atmósfera técnica 1 bar). En la figura 4.2corresponde con el punto B. Las variaciones de la presión atmosférica pueden provocarvariaciones en la lectura de la presión relativa. Puntos B’ y B’’.


156

6.4.5 Presión DiferencialComo su propio nombre indica, es la diferencia de presiones entre dos puntos. En la

figura 4.2 corresponde con los puntos C y C’. La importancia de este tipo de lectura depresión, se verá en el capítulo sobre Medidas de Caudal, pues el caudal depende de lapresión diferencial en determinados sistemas de medición.

6.4.6 VacíoLas lecturas de presión por debajo de la presión atmosférica son las que se llaman

lectura de vacío, punto D. Al depender (como la presión relativa) de la presión atmosférica,es susceptible a las variaciones de la misma, puntos D’ y D’’.

6.4.7 Unidades de PresiónA continuación se representan las tablas para las unidades mas usuales en presión,

tanto en el Sistema Técnico como en el Sistema Internacional.Unidades S.I. Unidades Técnicas

a

debar mbar µbar Pa kPa MPa mmHg mmWS mWS kp/mm2 kp/cm2 atm

1 bar 1 10-3 10-6 10-5 100 0,1 750,06410,1972

⋅10310,1972

10,1972

⋅10-31,01972 0,98692

1 mbar 10-3 1 10-3 100 0,1 0,1⋅10-3750,064

⋅10-310,1972

10,1972

⋅10-3

10,1972

⋅10-6

1,01972

⋅10-3

0,98692

⋅10-3

1 µbar 10-6 10-3 1 0,1 0,1⋅10-6750,064

⋅10-6

10,1972

⋅10-3

10,1972

⋅10-6

10,1972

⋅10-9

1,01972

⋅10-6

0,98692

⋅10-6

1 Pa 10-5 0,01 10 1 10-3 10-67,50064

⋅10-3

101,972

⋅10-3

101,972

⋅10-6

101,972

⋅10-9

10,1972

⋅10-6

9,8692

⋅10-6

1 kPa 0,01 10 10⋅103 103 1 10-3 7,50064 101,972101,972

⋅10-3

101,972

⋅10-6

10,1972

⋅10-3

9,8692

⋅10-3

Uni

dade

s S.I.

1 MPa 10 10⋅103 10⋅106 106 103 17,50064

⋅103

101,972

⋅103101,972

101,972

⋅10-310,1972 9,8692

1 mmHg1,33322

⋅10-31,33322

1,33322

⋅103133,322

1,33322

⋅10-3

1,33322

⋅10-61 13,5951

13,5951

⋅10-3

13,5951

⋅10-6

1,35951

⋅10-3

1,31579

⋅10-3

1 mmWS98,0665

⋅10-6

98,0665

⋅10-398,0665 9,80665

9,80665

⋅10-3

9,80665

⋅10-6

73,5561

⋅10-31 10-3 10-6

0,1

⋅10-3

96,7841

⋅10-6

1 mWS98,0665

⋅10-398,0665

98,0665

⋅103

9,80665

⋅1039,80665

9,80665

⋅10-373,5561 103 1 10-3 0,1

96,7841

⋅10-3

1 kp/mm2 98,066598,0665

⋅103

98,0665

⋅106

9,80665

⋅106

9,80665

⋅1039,80665

73,5561

⋅103106 103 1 100 96,7841

1 kp/cm2 0,9806650,980665

⋅103

0,980665

⋅106

98,0665

⋅10398,0665

98,0665

⋅10-3735,561 10⋅103 10 0,01 1 0,967841

Uni

dade

s Téc

nica

s

1 atm 1,013251,01325

⋅103

101,325

⋅106

101,325

⋅103101,325

101,325

⋅10-3760

10,3323

⋅10310,3323

10,3323

⋅10-31,03323 1

Tabla 6.6. Unidades Técnicas (métricas)


157

1 hPa = 1 mbar

1 mm Hg = 1 Torr

1 kp/cm2 = 1 at (atmósfera técnica)

Unidades S.I. Unidades Técnicas

a

debar mbar µbar Pa kPa MPa psi ft H2O in H2O in Hg

1 bar 1 10-3 10-6 10-5 100 0,1 14,50377 33,4553 401,463 29,52998

1 mbar 10-3 1 10-3 100 0,1 0,1⋅10-314,50377

⋅10-3

33,4553

⋅10-3

401,463

⋅10-3

29,52998

⋅10-3

1 µbar 10-6 10-3 1 0,1 0,1⋅10-614,50377

⋅10-6

33,4553

⋅10-6

401,463

⋅10-6

29,52998

⋅10-6

1 Pa 10-5 0,01 10 1 10-3 10-60,1450377

⋅10-3

0,334553

⋅10-3

4,01463

⋅10-3

0,2952998

⋅10-3

1 kPa 0,01 10 10⋅103 103 1 10-3 0,1450377 0,334553 4,01463 0,2952998

Uni

dade

s S.I.

1 MPa 10 10⋅103 10⋅106 106 103 10,1450377

⋅103

0,334553

⋅103

4,01463

⋅103

0,2952998

⋅103

1 psi68,94757

⋅10-368,94757

68,94757

⋅103

6,894757

⋅1036,894757

6,894757

⋅10-31 2,30666 27,6799 2,036020

1 ft H2O29,8907

⋅10-329,8907

29,8907

⋅103

2,98907

⋅1032,98907

2,98907

⋅10-3

433,5275

⋅10-31 12 0,8826709

1 in H2O2,49089

⋅10-32,49089

2,49089

⋅103

0,249089

⋅1030,249089

0,249089

⋅10-3

36,12729

⋅10-3

83,3333

⋅10-31

73,55591

⋅10-3

Uni

dade

s Téc

nica

s

1 in Hg33,86389

⋅10-333,86389

33,86389

⋅103

3,386389

⋅1033,386389

3,386389

⋅10-30,4911542 1,132925 13,59510 1

Tabla 6.7. Unidades Técnicas (basadas en la pulgada)

1 Pa = 1 N/m2

1 psi = 1 lbf/in.2 (pound force per square inch)

1 kgf/cm2 = 1 at (Atmósfera Técnica)

6.4.8 Clases de Instrumentos para la Medida de PresiónEn función del principio de medida utilizado y de si el instrumento es transmisor o

no, se pueden clasificar los instrumentos de medida de presión en los siguientes tipos.

• Mecánicos

• Electromecánicos y Electrónicos


158

6.4.9 Instrumentos MecánicosEn el ámbito de los instrumentos mecánicos, existe una división entre los equipos

que miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y alturaconocida, y los que usan como principio de funcionamiento elementos que se deforman porla presión interna del fluido que contienen.

Los primeros son equipos generalmente de laboratorio, es decir no son aptos paraprocesos industriales, ya que tienden a ser frágiles y requieren de la intervención humanapara generar una lectura; forman parte de esta clasificación los siguientes:

- Tubos Piezométricos: Son aquellos que miden la presión en un líquido midiendola altura de ascensión del mismo líquido en el tubo. A diferencia de otros, norequiere del empleo de otros líquidos manométricos. El nivel que alcanza ellíquido en el tubo, se denomina plano piezométrico. Son equipos de granprecisión y la unidad de lectura es el mm de columna de líquido manométrico. Sucampo de aplicación se reduce a presiones relativas que no excedan en demasía lapresión atmosférica, pues de esta presión relativa depende la altura del tubomanométrico.

- Barómetro de Cubeta: El uso del barómetro de cubeta se aplica a la medición dela presión atmosférica. El líquido manométrico es el mercurio. Como se apreciaen la Fig. 6.5. el mercurio se encuentra bajo la influencia única de la presiónatmosférica. Y en el extremo superior, se ha realizado el vacío.

l=Pamb(Torr)

P=0

Plano deReferencia

Pamb Pamb

Figura 6.5. Barómetro de Cubeta

- Barómetro en U: El principio de funcionamiento es el mismo que elanteriormente descrito, salvo que en este tipo de barómetros se prescinde del usode cubeta. Fig. 6.6.


159

P=0

l=Pamb(Torr)

Pamb = PHg x g x l

Figura 6.6. Barómetro en U

- Manómetro/Vacuómetro en U de líquido para presiones relativas y absolutas:Sirve para la medición de presiones relativas positivas o negativas. Tan solodepende de la elección de un líquido manométrico con una densidad ρ adecuadaa las presiones a medir. Figura 6.7.

l=p e (

Torr

)

Pamb

Depósito aPresión

Líquido de densidada p r o p i a d a a l a spresiones a medir

Figura 6.7. Manómetro/Vacuómetro en U de líquido


160

- Manómetro Diferencial: Mide la diferencia de presión entre dos puntos. Fig. 6.8.

p2p1

l

p1-p2 = lg( ρm- ρ)

ρ m =

ρH

g

Figura 6.8. Manómetro Diferencial

- Piezómetro Diferencial: Sirve para medir presiones diferenciales únicamente enlíquidos. A diferencia del manómetro diferencial no requiere de líquidomanométrico especial.

- Micromanómetro de tubo inclinado: Su finalidad es la medición con precisión depequeñas presiones (250 a 1500 Pa).

En cuanto a los segundos, son equipos que contienen órganos medidores que sedeforman bajo la influencia de una presión elástica. Este movimiento se transmite a unmecanismo indicador. Debido a su resistencia y fácil manejo, estos aparatos estánampliamente difundidos en el campo de la medición técnica de presión.

Los órganos medidores, están construidos normalmente con aleaciones de cobre oaceros aleados.

A continuación se describen los principales tipos:

- Manómetro con tubo de Bourdon: Los tubos de Bourdon, son tubos curvados enforma circular de sección oval. La presión a medir actúa sobre la cara interior deltubo, con lo que la sección oval se aproxima a la forma circular. Mediante elacodamiento del tubo de Bourdon, se producen tensiones en el borde, queflexionan el tubo. El extremo del tubo sin tensar ejecuta un movimiento querepresenta una medida de la presión. En la Figura 6.9. se aprecia el detalle de unmanómetro con Tubo Bourdon.

Para presiones hasta 40 bar se utilizan en general tubos curvados de formacircular con un ángulo de torsión de 270º; para presiones superiores, tubos convarias vueltas en forma de tornillo. Los tubos Bourdon tienen una fuerza deretorno relativamente baja, por ello debe tenerse en cuenta su influencia en laindicación, en los equipos adicionales como por ejemplo indicadores deseguimiento, transmisores de señal límite o potenciómetros de control remoto.


161

Figura 6.9. Manómetro con Tubo de Bourdon

- Manómetros con lámina elástica: Las láminas elásticas son membranasonduladas de forma circular. Por una cara soportan la presión a medir. Lacurvatura de la membrana es una medida de presión. Las láminas elásticas tienenuna fuerza de retorno relativamente grande. La influencia de los equiposadicionales es por este motivo inferior que en los aparatos con tubo de Bourdon.Mediante la sujeción en forma circular de las láminas elásticas es menos sensiblea las sacudidas. Las láminas elásticas pueden protegerse contra una sobrecargaimportante mediante la sujeción del órgano medidor. Pueden protegerse de lassustancias a medir corrosivas mediante la cobertura o anteposición de láminas deplástico. Fig.6.10.

Figura 6.10. Manómetro con Lámina Elástica

Los manómetros de láminas elásticas son también ventajoso con las sustancias amedir muy viscosas o que cristalicen, ya que pueden preverse posibilidades delimpieza opcionales mediante orificios de conexión anchos, bridas de conexiónabiertas u orificios de lavado.


162

Existen manómetros con láminas elásticas horizontales y otros con las láminaselásticas verticales, es decir, paralelas al cuadrante. Con tensiones de medición <0,6 bar se usan, generalmente, láminas elásticas de ∅ 160 mm, con presionessuperiores de ∅ 100 mm. Mediante la sujeción en el borde de las láminaselásticas, la diferencia de la indicación al cambiar la temperatura esconsiderablemente superior que en los aparatos con tubo Bourdon. Losmanómetros de láminas elásticas se usan para tensiones de medición de 10 mbara 25 bar en las clases 1,6 y 2,5, en casos excepcionales también 4,0.

- Manómetros con muelle de membrana elástica: Un muelle de membrana elásticaconsta de dos membranas onduladas de forma circular o una membrana y unaplaca base que están unidas a prueba de escape bajo presión en el borde. Lapresión de medición se aplica en el centro de una de las membranas y actúa sobrela cara interior de la cápsula. El movimiento de elevación creado de este modo esuna medida de presión. Los manómetros con muelle de membrana elástica no sonapropiados para sustancias a medir líquidas. Las tensiones de medición seextienden desde 2,5 mbar hasta 600 mbar en las clases 0,6 a 1,6. La diferencia deindicación al cambiar la temperatura se sitúa según el material entre el 0,3% y el0,4% cada 10 K.

6.4.10 Instrumentos Electromecánicos y ElectrónicosLos elementos electromecánicos para medida de presión combinan el uso de los

elementos mecánicos combinado con la aplicación de transductores eléctricos. Dentro delámbito industrial, este tipo de equipos abarcan el amplio espectro de medida de presiones,desde alto vacío hasta presiones del orden de 106 psi. Según el principio de medición seclasifican en los siguientes:

• Magnéticos

• Resistivos

• Transmisores Electrónicos de equilibrio de fuerzas

• Capacitivos

• Bandas Extensiométricas

• Piezoresistivos

- Transductores Magnéticos: El principio de funcionamiento de estos dispositivosse muestra en la Fig.6.11. Una Fuerza Fp es originada por la acción de unelemento mecánico (Bourdon o membrana). Dicha fuerza actúa sobre el brazoizquierdo de la palanca, creando por inducción una corriente en 1, que esamplificada en 2 y fluye hacía la bobina móvil 3, que se introduce en elelectroimán 4, creando una fuerza restauradora que restituye la palanca a suposición de equilibrio. La corriente I que fluye por la bobina es función de lafuerza Fp y por lo tanto de la presión p. Los transductores magnéticos noproducen rozamiento en la medición, tienen una respuesta lineal, son pequeños yde construcción robusta. Su precisión es del orden de ±1%.


163

Este tipo de transductor posiciona el núcleo o la armadura móvil con unelemento mecánico, y utilizan circuitos eléctricos bobinados de puente deinductancias de corriente alterna.

2

1

3

4

I= 4..20 mA

Fp = p x A

N

S

Figura 6.11. Transductor Magnético

- Transductores Resistivos: El principio de funcionamiento de estos equipos,constituye uno de los mas sencillos; Un elemento mecánico genera una presiónsobre la superficie de un conductor o semiconductor que varia su resistencia enfunción de la presión ejercida. El movimiento del elemento de presión, setransmite a un brazo de móvil aislado que se apoya sobre el potenciómetro(semiconductor). Este está conectado a un circuito de puente de Wheatstone. Lostransductores resistivos, son simples , y su señal de salida es bastante potente. Sinembargo, son muy sensibles a vibraciones, y presentan una estabilidad pobre enel tiempo. Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecánico queutilizan. Su precisión es del orden del 1-2%.

- Transmisores Electrónicos de equilibrio de fuerzas: Para cada valor de presión,la barra adopta una posición determinada excitándose un transductor dedesplazamiento (detector de inductancia, transformador diferencial o bien undetector fotoeléctrico). Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estosdetectores, alimenta a una unidad magnética, y la fuerza generada reposiciona labarra de equilibrio de fuerzas. Se completa así, un circuito de realimentaciónvariando la corriente de salida en forma proporcional al intervalo de presiones deproceso. Fig. 6.12.

Los transductores de equilibrio de fuerzas se caracterizan por tener unmovimiento muy pequeño de la barra de equilibrio, poseen realimentación, unaelasticidad muy buena y un nivel alto en la señal de salida. Por su constituciónmecánica, presentan un ajuste del cero y del alcance (span) complicado, y unaalta sensibilidad a vibraciones. su estabilidad en el tiempo es de media a pobre.Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecánico que utilizan. Suprecisión es del orden del 0,5-1%.


164

Señal Salida

AjusteSpan

Unidad Magnética

MuelleCero

Resorte

TuboBourdon

BobinaDetectora

Oscilador

Figura 6.12. Transmisor de equilibrio de fuerzas (Detector de Inductancias)

- Transductores Capacitivos: Basan su funcionamiento en la aplicación de presióna una de las caras de un condensador. La fuerza ejercida, modifica la capacidaddel condensador, pues separa las placas. La placa móvil del condensador tieneforma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo setienen dos condensadores, uno de capacidad fija o de referencia y el otro decapacidad variable, que pueden compararse mediante circuitos oscilantes o bienen circuitos de Puente de Wheatstone alimentados con corriente alterna. Lostransductores Capacitivos se caracterizan por su tamaño reducido y suconstrucción robusta. Son adecuados para medidas estáticas y dinámicas. Suseñal de salida es débil, por lo que precisan de amplificadores, con el riego deintroducir errores. Son sensibles a las variaciones de temperatura. Su intervalo demedida es muy amplio, entre 0,05-5 a 0,5-600 bar. Su precisión es del orden de±0,2 a ±0,5 %.

- Transductores de bandas extensiométricas: Se basan en la variación de longitudy de diámetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo deresistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de unapresión. Fig.6.13. La aplicación de una determinada presión, estira o comprimelos hilos de conexión, modificando la resistencia de los mismos. La banda formaparte de un puente de Wheatstone, y cuando está sin tensión tiene una resistenciaeléctrica determinada. Al aplicar tensión nominal al circuito, se genera unacorriente que circula a través de la resistencia y crea una caída de tensión. Elpuente se equilibra para estas nuevas condiciones. Cualquier variación de presiónque provoque una actuación del diafragma, cambia la resistencia de la banda y elpuente se desequilibra. El intervalo de medida de estos transductores varía de 0-0,6 a 0-10.000 bar, y su precisión es del orden de ±0,5%.


165

R2R1

R3 R4

∆U

U

A B

C

Base flexible

FuerzaFuerza

Hilo de Conexión

Figura 6.13. Transductor de Bandas Extensiométricas.

- - Transductores Piezoresistivos: Entre dos cristales piezoresistivos, se crea unadiferencia de potencial, al actuar sobre uno de ellos una presión determinada.Este sensor de presión se basa en materias semiconductoras. El cambio deresistencia se basa en la movilidad cambiada de los electrones en la estructuracristalina. Con materias semiconductoras (generalmente siliconas) la variación deresistencia es hasta 100 veces mas grande que con materias metálicas. La materiade la membrana y los contactos eléctricos al sensor de presión, son muysensitivos e incompatibles con la mayoría de los medios. Por lo tanto la presióntiene que ser dirigida a la membrana mediante una membrana separadora y unlíquido. Son elementos ligeros, de pequeño tamaño, y de construcción robusta.Son aptos para medidas de presión dinámicas. Son sensibles al influjo de latemperatura y de experimentar deriva del cero. De señal débil requieren deamplificadores, con lo cual se introducen errores de medición. El intervalo demedida de estos transductores varía de 0-600 bar, y su precisión es del orden de±1%.

6.4.11 Instrumentos Mecánicos, Electromecánicos y Electrónicos para medida de VacíoAunque el vacío en si mismo, es un tipo de presión. Los equipos necesarios para su

medición tienen principios de funcionamiento distintos, y son los que se enumeran acontinuación.

• Mecánicos (Fuelle y Diafragma)

• Medidor McLeod

• Térmicos (Termopar, Pirani, Bimetal)

• Ionización (Filamento caliente, Cátodo frío)


166

- Elementos mecánicos: Trabajan en forma diferencial entre la presión atmosféricay la de proceso. Pueden estar compensados con relación a la presión atmosférica,y calibrados en unidades absolutas. Al ser dispositivos mecánicos, estos equiposestán limitados a la medición de bajo vacío 1mm Hg abs. Estos equipos puedenllevar acoplados transmisores eléctricos.

- Medidor McLeod: El Vacuómetro McLeod, es un vacuómetro de presiónabsoluta, analógico con escala cuadrática (no logarítmica); está clasificado juntocon la columna de tubo en “U”, como un vacuómetro de lectura directa, dado quese basa en el desplazamiento físico de una “pared” , siendo esta pared el nivel delmenisco de la columna de mercurio, este instrumento es un vacuómetro demétodo primario, dado que basa su medición en las magnitudes de volumen yaltura. Este equipo mide presiones absolutas más pequeñas que una columna demercurio, cubre de dos a cuatro décadas dentro del alcance de 1mTorr a 100Torr. El McLeod, Fig.6.14. consiste en un bulbo con un tubo capilar cerrado ensu extremo superior, y un tubo de conexión al sistema de vacío con un capilarabierto en paralelo para comparación, así como un sistema por presurización oinclinación para elevar el mercurio y comprimir la muestra de gas atrapada en elbulbo. El vacuómetro McLeod, comprime con mercurio una muestra del gas delsistema bajo medición con el propósito de lograr mayor sensibilidad aplicando laley de Boyle & Mariotte. El principio de compresión permite solamente lamedición de la presión parcial de gases no condensables. No permite lecturascontinuas y no mide las presiones de vapor. La exactitud es del orden de 1,5% dela longitud de la escala, y su alcance de medición es de 100 Pa a 0,1 Pa

BulboVolumen Conocido

Capilar CerradoCapilar Abierto

Al Sistema deVacío

Límite de Corte

VálvulaPresurización

VálvulaPurga

Mercurio

Figura 6.14. Vacuómetro McLeod


167

- Transductores Térmicos: Basan su funcionamiento en que la velocidad a la quese puede disipar el calor que se genera en un filamento calentado por lacirculación de una corriente constante en un ambiente de presión sub-atmosféricaes proporcional al número de moléculas de gas por unidad de volumen presenteen dicho ambiente. Es decir, si se mantiene la corriente constante a través delfilamento, la temperatura del mismo será inversamente proporcional a la presióndel gas. Aprovechan este método los siguientes equipos:

• Sensores de Pirani: En este tipo de sensor, la temperatura del elementocalefactor se determina por medio de la medición de la resistenciaeléctrica de este, o sea, considerando al filamento como unatermorresistencia. Tanto la calefacción del filamento como la medición,se hacen por medio de un puente de Wheatstone. Fig.6.15. Es un equipocompacto de forma y de facilidad de uso. Su calibración depende (comoen todos los transductores térmicos) de la composición del gas medido.Su salida de resistencia como función de la presión es altamente no-lineal.El intervalo de medida de los Sensores de Pirani es de 2⋅10-3 mm Hg.

Cámara deReferenciaVacío

Indicador

Potenciómetro deCalibración

Figura 6.15. Transductor Pirani

• Sensores por Termopar: En este caso la temperatura del filamentocalefactor, se mide con un termopar ubicado muy cerca de este o soldadoal mismo. Al circular una corriente constante a través del filamento, sutemperatura es inversamente proporcional a la presión absoluta del gas.La f.e.m generado por el termopar, indica la temperatura del filamento, ypor lo tanto señala el vacío del ambiente. Para compensar la temperaturaambiente, se emplea una segunda unidad contenida dentro de un tubosellado al vacío.

La señal de salida diferencial de los dos termopares, es proporcional a lapresión. Son equipos de bajo coste, larga duración y fiabilidad. Al igualque el Sensor Pirani, tiene una característica no lineal. Su intervalo demedida es de 0,5-10-3 mm Hg.


168

• Sensor Bimetálico: Basa su principio en el calentamiento de una espiralbimetálica por medio de una fuente de tensión estabilizada. Cualquiervariación de presión provoca una dilatación del elemento bimetálico queacoplado a un índice, señala el vacío en una escala.

- Transductores de Ionización: El principio de funcionamiento de este tipo desensores, consiste en la propiedad que tiene un filamento de emitir electrones,una vez se calienta (principio de emisión termoiónica). Estos electrones ionizanel gas de la cámara cuya presión se quiere medir. En el interior de la cámara sealojan un par de electrodos entre los cuales fluye una corriente que esproporcional al número de iones por unidad de volumen, el cual a su vez esproporcional a la presión del gas. Midiendo esta corriente se obtiene unaindicación aproximada de la presión del gas. El campo de medición que abarcaneste tipo de equipos oscila desde las 10-3 atm. hasta prácticamente el vacío total10-13 atm. Los principales sensores iónicos para medición de alto vacío son losque se enumeran a continuación:

• Transductor de filamento caliente: Consiste en un tubo electrónico con unfilamento de tungsteno rodeado por una rejilla en forma de bobina, la cuala su vez está envuelta en una placa colectora. Los electrones emitidos porel filamento caliente se aceleran hacía la rejilla positiva, pasan a través deella, y en su camino hacía la placa negativa, algunos colisionan conmoléculas del gas. La corriente positiva generada, es una función delnúmero de iones y en consecuencia una medida de la presión del gas.

• Transductor de cátodo frío: La generación de una descarga de altatensión, origina una corriente iónica. Los electrones desprendidos delcátodo forman un movimiento en espiral al irse moviendo en el interior deun campo magnético en su camino hacía el ánodo. Este movimientoaumenta la probabilidad de colisiones entre moléculas del gas cuyo vacíose quiere medir. Así se intensifica la corriente iónica, y las descargacatódica se mantiene a un vacío mas alto. El alcance de medida de estosequipos abarca desde los 10-2 a 10-7 mm Hg. Con escala logarítmica. Fig.6.16.

VacíoÁnodo

Cátodo

2000 V

CampoMagnético

Figura 6.16. Transductor de cátodo frío


169

6.5 TEMPERATURAEn el amplio espectro de los procesos industriales, la medición de la Temperatura,

constituye un hecho habitual. La temperatura es el elemento de control principal enprocesos relacionados con la combustión, como el que es objeto de este proyecto.

Hoy en día, existen varios tipos de instrumentos para la medición, desdetemperaturas cercanas al cero absoluto (273,15K) hasta temperaturas superiores a los5000ºC. Hay otros métodos para temperaturas mayores, pero quedan lejos del control deprocesos, con lo cual se han ignorado.

Los instrumentos de medida se aprovechan de diversos fenómenos físicos paraefectuar la medición, algunos de los cuales son:

- Variación de volumen o de estado de un cuerpo (sólidos, líquidos, gases).

- Variación de resistencia de un conductor (Sondas de resistencia).

- Variación de resistencia de un semiconductor (Termistores).

- F.E.M. generada en la unión de dos metales distintos (Termopares).

- Intensidad de la radiación emitida por un cuerpo (pirómetros de radiación).

- Velocidad del sonido en un gas.

- Frecuencia de resonancia de un cristal.

6.5.1 Medición de temperatura mediante variaciones de volumen y estadoEl principio de funcionamiento de estos instrumentos es el cambio de estado o de

volumen al que se ve sometidos un cuerpo, bien sea sólido, líquido o gaseoso, cuando estasometido a una temperatura.

Forman parte de esta división los siguientes elementos

- Termómetros de vidrio.

- Termómetros de bulbo y Capilar

- Termómetros bimetálicos

6.5.1.1 Termómetros de vidrio

Quizás es el elemento mas conocido de medición de temperatura (fuera del sector deprocesos). Consiste en un tubo de vidrio graduado que alberga un tubo capilar, que a la vezcontiene un sólido o un líquido. Al aplicar una temperatura determinada el líquido seexpande en el capilar e indica la temperatura.

Aunque el más conocido es el de mercurio, existen otro tipo de termómetros devidrio con contenidos distintos que permiten alcanzar otro rango de temperaturas.

- Mercurio -35 hasta + 280 ºC

- Mercurio (capilar lleno de gas) -35 hasta + 450 ºC

- Pentano -200 hasta + 20 ºC

- Alcohol -110 hasta + 50 ºC

- Tolueno -70 hasta + 100 ºC


170

El principal inconveniente de este sistema, es que debe su precisión al buen ojo deloperador que efectúa la lectura. Es un sistema de respuesta lenta, y carece de transmisiónde señal. Su uso se restringe a laboratorios y a aplicaciones muy concretas.

6.5.1.2 Termómetros de Bulbo y Capilar.

Básicamente, este tipo de instrumentos de temperatura, están formados por un bulboo recipiente en cuyo interior está alojado un fluido.

La variación de temperatura produce la expansión o contracción de dicho fluido, quea su vez deforma el recinto que lo contiene. Esta deformación se transmite hacia un muelletipo “Bourdon” que indica en una escala numérica el valor de la temperatura.

Los termómetros por bulbo se clasifican en función de su fluido contenido:

• Tipo I: Termómetros actuados por líquido

• Tipo II: Termómetros actuados por vapor

• Tipo III: Termómetros actuados por gas

• Tipo IV: Termómetros actuados por mercurio

Los termómetros actuados por líquido se caracterizan porque la dilatación del muelleinterno es proporcional a la temperatura, con lo cual la escala de medición resultauniforme. El inconveniente de este tipo de instrumentos, radica en que generalmente debecompensarse la temperatura ambiente para evitar errores.

Los termómetros tipo II, o los actuados por vapor, contienen un líquido volátil. Lasvariaciones de temperatura influyen sobre la presión de vapor, aumentándola odisminuyéndola. A diferencia del caso anterior, no es un sistema de medida proporcional,sino que a medida que la escala de medida aumenta, las divisiones también lo hacen. Eldeformamiento del muelle, depende solo de la temperatura del fluido contenido en elbulbo, con lo cual es un instrumento que no requiere compensación.

Los termómetros actuados por gas, semejan bastante a los de tipo II. El bulbo estarepleto de gas; en función de la temperatura, aumenta o disminuye la presión de dicho gas.La zona de trabajo de expansión del gas es lineal, con lo cual la escala de medicióntambién lo es.

Finalmente, los termómetros actuados por mercurio funcionan de igual modo que losde tipo I, requiriendo de compensación.

El rango de medición de los termómetros de bulbo va desde los –45 hasta los 425ºC.Dependiendo del tipo utilizado. Su error es del ±1%.

6.5.1.3 Termómetros bimetálicos

Este tipo de elementos constan de dos láminas metálicas con diferente coeficiente dedilatación, unidas por sus extremos.

Por efecto de la temperatura, las láminas se dilatan o se deforman, produciéndose undesplazamiento mecánico, cuya fuerza se emplea para mover una aguja indicadora oactivar un mecanismo de control.

El rango de medición de este tipo de instrumentos oscila (según la composición delas láminas) entre los –200 y los 500 ºC y el error suele ser de ±1%.


171

6.5.2 Medición de temperatura mediante resistencia de conductoresLa resistencia eléctrica de algunos metales puros, aumenta con la temperatura;

algunas veces de forma lineal. Este es el principio básico de funcionamiento de este tipo deelementos.

Generalmente consisten en un “bobinado” de hilo muy fino (del metal puro) entrecapas de material aislante y protegido (en función de la temperatura de proceso) con unrevestimiento de acero o cerámica.

El material conductor se caracteriza por el coeficiente de temperatura de resistencia,que expresa la variación de resistencia (Ω) del material en función de la variación detemperatura.

La relación entre estos factores se representa en la siguiente expresión:

)1(0 tRRt ⋅+= α

Donde:

• R0=Resistencia en Ohmios a 0ºC

• Rt=Resistencia en Ohmios a tºC

• α=coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor entre 0º y 100ºCes de 0,003850Ω⋅Ω-1⋅ºC-1 en la escala práctica de temperaturasinternacional (IPTS-68)

6.5.2.1 Características de los metales conductores

No todos los metales son validos para su uso como elementos resistivos de control detemperatura.

Las mínimas condiciones exigibles a los metales son las siguientes:

• Alto coeficiente de temperatura de la resistencia: De esta manera elinstrumento será mas sensible.

• Alta resistividad: A mayor resistividad a una temperatura, mayorvariación por grado lo que incide en mayor sensibilidad.

• Relación lineal resistencia-temperatura: Si la sonda trabaja dentro de lazona lineal, la respuesta de esta también será lineal.

• Rigidez y ductilidad: El hecho de que un metal posea esta característicainfluye en la fabricación de la sonda, pues facilita el arrollamiento del hiloconductor.

• Estabilidad: Es necesario que las características anteriormentemencionadas, se mantengan inalterables durante el ciclo de vida útil delinstrumento.


172

Platino

Cobre

Niquel

0 200 400 600 800 (ºC)

2

4

6

8

Res

iste

ncia

rela

tiva

Rt/R

0 a

0ºC

Figura 6.17. Gráfico de Resistencia de Materiales

Los materiales mas empleados en la construcción de sondas de temperatura porresistencia, son el níquel, el cobre y el platino. En la gráfica superior Fig. 6.17., seobservan las curvas de resistencias relativas de estos metales en función de la temperatura.

En el sector de procesos, el elemento sensor mas utilizado es el de arrollamiento deplatino. El platino se caracteriza por tener una resistencia de 100Ω a 0ºC. Es por lo queconocemos a estas sondas como sondas de temperatura Pt100.

El platino es un material preciso y estable, aunque este tiene un elevado coste.

El níquel a diferencia del anterior, es mas económico, y posee una resistencia máselevada y con una mayor variación por grado, pero carece de linealidad en su relaciónresistencia/temperatura.

Y finalmente el cobre (elemento raramente usado) es económico, tiene una buenavariación de resistencia y estabilidad, pero tiene baja resistividad.

En la tabla 6.8., se citan las principales características de estos metales.

MetalResistividad

µΩ/cm

Coef. Tª

Ω/Ω,ºC

Intervalo

Útil Tª

ºC

∅ mín. dehilo

mm

Resist.Sonda a 0º

Ω

Precisión

ºC

Coste

relativo

Platino 9,83 0,00385 -200 a 950 0,05 25,100,130 0,01 Alto

Níquel 6,38 0,0063 a0,0066 -150 a 300 0,05 100 0,50 Medio

Cobre 1,56 0,00425 -200 a 120 0,05 10 0,10 Bajo

Tabla 6.8. Características de los Materiales


173

6.5.2.2 Principio de Funcionamiento

El principio de funcionamiento de este tipo de sondas de temperatura, es la mediciónde la variación de resistencia en función de la variación de temperatura.

El método para realizar la medición es mediante un puente de Wheatstone. Estemontaje se puede realizar para sondas de dos, tres (montaje más frecuente), e inclusocuatro hilos.

Montaje de dos hilos: Se caracteriza por el conexionado de la sonda de resistencia auno de los brazos del puente, y se varia R3 hasta que se anula la desviación delgalvanómetro. En ese instante se cumple la ecuación:

1232

31

RRRx

xR

RR

×=⇒=

Donde x es el valor de la sonda de resistencia.

En la figura 6.18. podemos observar el esquema de conexionado típico del montajede dos hilos.

R1 R2

R3

Rx

a

b

x

G

Figura 6.18. Conexionado Sonda de dos Hilos

Este montaje, es el mas simple, pero presenta el inconveniente de que la resistenciade los hilos a y b de conexión de la sonda al puente varía en función de la temperatura, conlo cual es susceptible de alterar la medición total.

Lógicamente la longitud entre el elemento primario y el receptor incide en lamedición. Pueden compensarse las lecturas mediante la instalación de hilos de bajaresistencia.

Montaje de tres hilos: Como se ha enunciado anteriormente, este es el montaje mashabitual . En este circuito, la sonda está conectada al puente mediante tres hilos. De estamanera ni la longitud del cable ni la temperatura del mismo perturban las mediciones. Elúnico condicionante, es que la resistencia de los brazos a y b, sea la misma.

La siguiente figura (Fig. 6.19.) representa el esquema de conexionado de la sonda detres hilos.


174

R1 R2

R3

Rx

a c b

G

Figura 6.19. Conexionado Sonda de tres Hilos

La ecuación que corresponde al montaje de la sonda de tres hilos es la que se resumea continuación:

KbxR

KaRR

+=

+2

31

y como Ka=Kb, haciendo R2/R1=1, R3 puede ajustarse a un valor igual a x para queel galvanómetro no indique tensión.

Montaje de cuatro hilos: Este montaje permite una mayor precisión en la lectura. Suuso suele limitarse a instrumentos de medida patrón o para aplicaciones de alta exactituden laboratorios. Se basa en efectuar dos mediciones de la resistencia de la sondacombinando las conexiones de tal manera que la sonda pase de un brazo del puente aladyacente. Así se compensan las resistencias desiguales de los hilos de conexión, y el valorde la resistencia equivale al promedio de los valores determinados en las dos mediciones.

En la siguiente figura (Fig. 6.20.) se muestra el conexionado de la sonda de cuatrohilos.

R1 R2

Rb Rx

T X

1 c C

G

Figura 6.20. Conexionado Sonda de cuatro Hilos


175

6.5.3 TermistoresReciben el nombre de termistores, aquellos semiconductores electrónicos que se

caracterizan por tener un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valorelevado.

Este hecho implica variaciones rápidas y grandes para cambios pequeños detemperatura.

El material de fabricación de los termistores suele ser, manganeso, hierro, cobalto,cobre magnesio, titanio y otros metales.

La relación entre la resistencia del termistor y la temperatura viene dada por:

)11(0

0 TTRR

tEt −= β

Donde

• Rt: Resistencia en Ohmios a la temperatura absoluta Tt

• R0: Resistencia en Ohmios a la temperatura absoluta de referencia T0

• β: Constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas

Al tener un alto coeficiente de temperatura, poseen una mayor sensibilidad que lassondas de resistencia y permiten intervalos de medida menores (1ºC aprox.). Son depequeño tamaño y su tiempo de respuesta depende de la capacidad térmica y de la masa deltermistor.

Para un buen funcionamiento de un termistor, es necesario envejecerlo, es decir, sufuncionamiento mejora con el tiempo, pues a medida que aumenta el tiempo, aumenta suresistencia.

En intervalos amplios de temperatura, tienen un comportamiento no lineal, lo que losconvierte en ideales para aplicaciones de temperaturas ambientales y de poca precisión.

6.5.4 Termopares

El fenómeno eléctrico que caracteriza a los termopares es el efecto Seebeck (1821).Este efecto basa su funcionamiento en la circulación de corriente en un circuito formadopor dos metales diferentes, y cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión dereferencia o fría) se mantienen a temperaturas distintas.

La circulación de corriente está basada a su vez en otros dos fenómenos conocidos:

• Efecto Peltier: Fenómeno que provoca la liberación o absorción de caloren la “unión” de dos metales distintos, cuando circula a través de lamisma una corriente eléctrica.

• Efecto Thomson: Consiste en la liberación o absorción de calor cuandouna corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe ungradiente de temperaturas.


176

En la Figura 6.21. se aprecia esquemáticamente el conexionado de un termopar.

Metal B

Metal A

CalienteUnión Unión

Fría

Figura 6.21. Conexionado Termopar

La combinación de estos dos efectos, provoca la circulación de corriente al cerrar elcircuito en el termopar. Dicha corriente puede calentar el termopar y ocasionar lecturaserróneas; así que es conveniente minimizar su valor cuando se efectúe alguna medición.

6.5.4.1 Tipología y Leyes fundamentales

Los termopares se caracterizan por tres normas básicas enunciadas a continuación:

• Ley del circuito homogéneo: En un conductor metálico homogéneo, nopuede sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicaciónexclusiva del calor.

• Ley de los metales intermedios: Si en un circuito de varios conductores latemperatura es uniforme desde un punto de soldadura “A” a otro punto“B”, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmenteindependiente de los conductores metálicos intermedios, y es la mismaque si se pusieran en contacto directo A y B.

• Ley de las temperaturas sucesivas: La f.e.m. generada por un termoparcon sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de laf.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la f.e.m. del mismotermopar con sus uniones a temperaturas T2 y T3.

Estas leyes enuncian que en el circuito se desarrolla una pequeña tensión continuaproporcional a la temperatura de la unión de medida, siempre y cuando exista un gradientede temperaturas con la unión de referencia.

A continuación se muestran las curvas características (f.e.m./Temperatura) de losprincipales termopares Fig. 6.22.


177

250

10

20

30

40

50

60

70

80

500 750 1000 1250 1500 1750 2000

TEMPERATURA (ºC)

MIL

IVO

LTIO

S

Cro

mel

-Con

stan

tan

(Tip

o E)

Hie

rro-C

onst

anta

n (T

ipo

J)

Cobr

e-Co

nsta

ntan

(Tip

o T)

Crom

el-A

lum

el (T

ipo

K)

Platino/Platino-Rodio (Tipo R)

(Tipo S)

(Tipo B)

Figura 6.22. Curvas Características Termopares

Los tipos de termopares de la gráfica anterior, se clasifican según su composición,es decir por el material de sus dos metales de unión, y en función de estos metales lostermopares adquieren unas características distintas, que les capacitan para trabajar a unasintervalos de temperatura adecuados.

Los tipos son los siguientes:

• Termopar tipo E: Composición de cromel-constantan (Cu-Ni). Suaplicación es para atmósferas inertes o de vacío. Posee la mayor f.e.m.más alta por variación de temperatura y su rango de uso oscila desde los –200ºC hasta los 900ºC.

• Termopar tipo J: Composición de hierro-constantan. Es susceptible a lacorrosión, con lo cual es recomendable su uso en aplicaciones con bajocontenido de oxígeno. Su rango de temperatura va desde los 0ºC hasta los750ºC. A mayor temperatura (550ºC aprox.) aumenta la corrosión de loshilos. Su precisión es del ±5%.

• Termopar tipo T: Composición de cobre-constantan. Es apto para su usoen aplicaciones corrosivas, y en atmósferas oxidantes y reductoras. Surango de temperaturas va desde los –200ºC hasta los 260ºC.

• Termopar tipo K: Composición de cromo-alumel (Al-Ni).Presentatambién una buena resistencia a la corrosión. Su rango de trabajo oscila


178

desde los 0ºC hasta los 1300ºC y los 600ºC hasta los 1000ºC enatmósferas oxidantes. Su precisión es del 1%.

• Termopar tipo R y B: Composición de Platino/Platino-Rodio (13%). Suuso se centra en atmósferas oxidantes y de altas temperaturas (1500ºC).Aunque el termopar debe protegerse con envolventes cerámicos o deaceros refractarios o anti-corrosión

• Termopar tipo S: Composición de Platino/Platino-Rodio (10%). Deiguales características que el anterior, posee una mayor resistencia a latemperatura (1600ºC). Aunque su precio es mayor debido al coste delplatino. Su precisión es de ±0,5%

• Termopar tipo W: Para aplicaciones especiales en altas temperaturasexiste el termopar tipo W. Su composición es Volframio (5%)-Renio yVolframio (26%) –Renio. Para uso en atmósferas inertes o en vacío, y conun rango de temperaturas hasta los 2800ºC. Su precisión es del ±1%.

El termopar es susceptible a las perturbaciones electromagnéticas o ruido eléctricoindustrial, es por ello que la distancia desde el elemento primario hasta el transmisor, es unfactor determinante si queremos obtener una buena medición.

Para evitar esto, es necesario, que la composición de los hilos entre la sonda y eltransmisor sea la misma que la composición de los hilos del termopar. Es lo que se conocecomo cable compensado.

6.5.5 Pirómetros de radiaciónLos pirómetros de radiación basan su funcionamiento en la ley de Stefan-Boltzmann.

Dicha ley enuncia que todas las sustancias a cualquier temperatura por encima del ceroabsoluto, radian energía como resultado de la agitación atómica asociada con sutemperatura. La intensidad de la energía radiante emitida por la superficie de un cuerpoaumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo.

W=K⋅T4

Desde el punto de vista de medición de temperaturas, las longitudes de onda térmicasabarcan desde 0,1 micras para las radiaciones ultravioletas hasta las 12 micras de lasradiaciones infrarrojas.

La energía radiada por un cuerpo es menor que la correspondiente a su temperatura,debido a que refleja energía como consecuencia del estado de su superficie. Por ello esnecesario definir un cuerpo radiador ideal que no refleje nada (máxima emisión de energíapor unidad de superficie) es lo que conocemos como “cuerpo negro”.

Para corregir la medida se define el factor de emisividad (relación entre la energíaemitida por un cuerpo y la emitida por el cuerpo negro).

Este sistema de medición de temperatura, se caracteriza por ser un método que norequiere de contacto con el elemento caliente para determinar la temperatura de proceso.Recogen la energía radiada, y la concentran en un detector, que genera una señalproporcional a la temperatura.


179

Su uso se limita a aplicaciones donde los termopares o sondas de resistencia no sepueden usar (rango de medición, ambientes agresivos), o en lugares de difícil acceso o demovimiento.

Se pueden clasificar en los siguientes tipos:

- Pirómetros Ópticos

- Pirómetros de Infrarrojos

- Pirómetros fotoeléctricos

- Pirómetros de radiación total

6.5.5.1 Pirómetros Ópticos

El principio de funcionamiento de los pirómetros ópticos se basa en la comparaciónvisual de la luminosidad del objeto radiante con el filamento de una lámparaincandescente.

Para conseguir esto, es necesario superponer ambas ondas luminosas y variar lacorriente eléctrica de la lámpara hasta que deja de ser apreciable a la vista.

Dicha variación de la corriente, es un valor de la temperatura, pero previamente hayque calibrar la luminosidad de la lámpara.

Al ser un instrumento de uso manual, su banda de trabajo se limita al espectro visiblede las ondas 0,45 micras (violeta) hasta los 0,75 micras (rojo)

El coeficiente de emisión de energía radiante, depende en gran medida del estado dela superficie del cuerpo emisor. El pirómetro dirigido sobre una superficie incandescenteno nos dará un valor correcto de temperatura , si la superficie no es perfectamente negra, olo que es lo mismo, que absorba la totalidad de las radiaciones y que no refleje ninguna.

En la figura siguiente (Fig. 6.23.)se observa el esquema de un pirómetro óptico:

LámparaMirilla

R

Filtro

Lente

Figura 6.23. Pirómetro Óptico


180

6.5.5.2 Pirómetros de Infrarrojos

Este tipo de sensores capta la radiación espectral del infrarrojo (invisible al ojohumano). Es apto para temperaturas menores de 700ºC, en contraprestación al pirómetroóptico que trabaja a temperaturas superiores a 700ºC donde la radiación visible emitida essignificativa.

El funcionamiento (Fig. 6.24.) consiste en una lente que filtra la radiación infrarrojaemitida por el área del objeto examinado y la concentra en un sensor de temperatura(termopar o termistor).

En este tipo de sensores, debe considerarse el coeficiente de emisión del cuerpo.Suelen incorporar compensadores de emisividad para corregir la temperatura leída frente ala pérdida de radiación en cuerpos con emisividad menor que uno, y frente a vapores,gases, humos o materiales transparentes. La precisión es del ±0,3%.

Objeto Lente

Termopila

TR

Figura 6.24. Pirómetro de Infrarrojos

6.5.5.3 Pirómetros Fotoeléctricos

Se caracterizan por tener un detector fotoeléctrico, que sin embargo debe serrefrigerado mediante nitrógeno líquido para evitar el ruido eléctrico.

La señal de salida depende de la temperatura instantánea del volumen del detector,por lo que evita los retardos inherentes al aumento de la temperatura de la masa deldetector.

Este genera una tensión proporcional al cubo de la temperatura:

V=K⋅T3

Su rango de temperatura oscila desde los 35 hasta los 1200ºC, pudiendo enfocardesde 1m hasta el infinito.

6.5.5.4 Pirómetros de radiación total

Están formados por una lente de pirex, sílice o fluoruro de calcio que concentra laradiación del objeto caliente en una termopila formada por varios termopares Pt-Pt/Rh ymontados en serie.

Su reducido tamaño, los hace sensibles a pequeñas variaciones de energía radiante yademás resistentes a choques y vibraciones.


181

La parte de los termopares está ennegrecida para comportarse como un cuerpo negro,aumentando así las propiedades de absorción de energía y aportando la f.e.m. máxima.

6.5.6 Características de los medidores de temperaturaEn la Tabla 6.9. se muestran los principales métodos de medición de temperatura

definidos en este capítulo. Los campos principales son el rango de medida, la precisión ysus principales ventajas e inconvenientes.

Elemento Sensor Rango de medida Precisión Ventajas Inconvenientes

T. de Vidrio -196ºC a +500ºC 1%Bajo precio,

simplicidad, largavida.

Frágil, medida local(sin control

automático nialmacenamiento de

valores).

T. de Bulbo -40ºC a 425ºC 1% Sin alimentación deenergía, compacto.

Voluminoso,montaje delicado,

medida local.

T. Bimetálicos 0ºC a +500ºC 1% Precio, robustez. Medida local.

T. de resistencia deplatino -200ºC a +500ºC 0,2%

Sensibilidad,precisión, respuesta

rápida.

Frágil, mas caro queel termopar, el

propiocalentamiento.

Termistores 0ºC a +40ºC 0,01%

Gran sensibilidad, yprecisión, respuesta

rápida, pequeñotamaño, estable.

No lineal, Rango deaplicación limitado.

Termopares T

Termopares J

Termopares K

Termopares R o S

Termopares W

-200ºC a +250ºC

0ºC a +750ºC

0ºC a +1300ºC

0ºC a +1600ºC

0ºC a +2800ºC

2%

0,5%

1%

0,5%

1%

Pequeño tamaño,respuesta rápida,precio razonable.

Afectados porcorrosión, necesaria

compensación desoldadura fría.

Pirómetros Ópticos +50ºC a +6000ºC 0,5% No contacto ybuena repetibilidad.

Elevado precio,difícil determinar

temperatura exacta.

Pirómetros deradiación total +50ºC a +6000ºC 0,5% No contacto y

buena repetibilidad.

Elevado precio,difícil determinar

temperatura exactay lentitud de

respuesta.

Tabla 6.9. Características de los Medidores de Temperatura.


182

6.6 CAUDALLa medición de caudal dentro de los procesos industriales es un fenómeno común.

Gran parte de los controles, requieren conocer variables como el caudal instantáneo o eltotalizado de algún fluido determinado.

A nivel de sistemas de medición, el caudal, es quizás uno de los que tiene masmétodos de medida, puesto que no es lo mismo la medición de caudal en volúmeneslíquidos que en volúmenes de gas. De igual manera los líquidos en función de su densidadrequerirán un método u otro.

En el siguiente esquema se observan los principales métodos de medida:

• Medidores de Presión Diferencial Placa de Orificio

Tubo Venturi

Tubo Pitot

Medidores de Impacto

• Medidores de Velocidad Medidor de Turbina

Medidor Electromagnético

Medidor Vortex y Torbellino

Medidor de Ultrasonidos

• Medidores de Área Variable Rotámetro

• Medidores másicos

Medidor Másico Térmico

Medidor de Coriolis

• Medidores volumétricos Medidor de Desplazamiento Positivo

6.6.1 Medidores de Presión DiferencialLos medidores de presión diferencial, basan su aplicación en el conocido teorema de

Bernouilli (altura cinética + altura de presión + altura potencial = constante). Figura 6.25.


183

P1 P2

Figura 6.25. Medidor de Presión Diferencial

La restricción del paso del fluido, produce una caída de presión estática.

Para fluidos ideales incompresibles, la expresión que resume este fenómeno es lasiguiente:

ρpKQ ∆

=

Donde ∆p/ρ es la diferencia de alturas de presión.

Esta fórmula es aproximada, pues en la actualidad se usan factores de correcciónpara tener en cuenta el reparto desigual de velocidades, la contracción de la vena delfluido, las rugosidades de la tubería, el estado del líquido, del gas, del vapor etc.

0

2

24 ρ

π cav

PPdECQ−⋅

⋅=

C: Coeficiente de descarga

E: Coeficiente de velocidad

C⋅E: Coeficiente de caudal

Como se ha dicho anteriormente esta ecuación solo es válida para fluidosincompresibles, lo que en un primer momento la descarta para su uso con gases. Si quiereaplicarse esta expresión a gases, es necesario aplicarles unos coeficientes de corrección,con lo que quedaría una fórmula como la expresada a continuación:

0

2

24 ρ

πε

cav

PPdCEQ−⋅

=

Siendo ε un coeficiente experimental de expansión.


184

6.6.1.1 Placa de Orificio

Consiste en una placa perforada instalada en la tubería. Dos tomas conectadas en laparte anterior y posterior de la placa captando la presión diferencial, la cual es proporcionalal cuadrado del caudal.

Su función suele limitarse a líquidos limpios y gases, pues los fluidos sucios (conarrastre de partículas sólidas) pueden erosionar el orificio de la placa.

El orificio de la placa, puede ser concéntrico, excéntrico o segmental.

Los orificios concéntricos, se destinan a medidas de gases o líquidos limpios.Ocasionalmente pueden incorporar pequeños orificios de drenaje o venteo para eliminarpequeñas cantidades de líquido o de gas.

Los orificios excéntricos, se destinan o bien para su uso con líquidos conconsiderables cantidades de gas o bien para gases con considerable cantidad de líquidocondensado o líquidos con arrastre de sólidos.

Finalmente los orificios segmentados se usan con líquidos con posible sedimentaciónde sólidos.

En la imagen siguiente (Fig. 6.26.) se aprecian los distintos tipos de orificios.

Concéntrico

ORIFICIOS

Excéntrico Segmentado

Figura 6.26. Tipos de Orificios

6.6.1.2 Tubo Venturi

Consiste en un estrechamiento gradual cónico y una descarga con salida tambiénsuave. Figura 6.27.

Toma anterior

Cono entrada Cono salida

Toma posterior

Figura 6.27. Tubo Venturi


185

Permite la medición de caudales 60% superiores a los de la placa de orificio en lasmismas condiciones de servicio, y con una pérdida de carga del 10 al 20% de la presióndiferencial.

El tubo de Venturi, posee una gran precisión, y permite el paso de fluidos con unporcentaje relativamente grande de sólidos, aunque como le sucede a la placa de orificio, lacirculación de sólidos abrasivos, puede modificar la forma del elemento alterando lamedida.

El inconveniente del tubo de Venturi, radica en su coste, que es bastante mas elevadoque el de una placa de orificio, y su precisión es de ± 0,75%.

6.6.1.3 Tubo de Pitot

El tubo Pitot, mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, es decir lapresión dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad.

Consiste en un tubo de pequeño diámetro que se opone al flujo, con lo que suvelocidad en el extremo mojado es nula. Mediante la medición de la altura de la columnade líquido, se obtiene la presión total del punto. Con la medición de la presión estática, sepuede calcular la velocidad como función de la diferencia de presiones. Figura 6.28.

Presióntotal

estáticaPresión

vP1 P2

Figura 6.28. Tubo de Pitot

La ecuación correspondiente es:

2

2112 VPP

+=ρρ

En la que:

• P2: Presión de impacto total o absoluta en el punto donde el fluido anulatoda su velocidad.

• P1: Presión estática absoluta en el fluido.

• ρ: Densidad .

• V1: Velocidad del fluido en el eje de impacto


186

El tubo Pitot es sensible a las variaciones en la distribución de velocidades en lasección de tubería, con lo cual es de estricta necesidad que el flujo del fluido sea laminar.Su precisión oscila entre los 1,5 y 4% y se emplea para mediciones de grandes caudales defluidos limpios con baja perdida de carga.

6.6.1.4 Medidores de Impacto

El principio fundamental, es la medición de la fuerza ocasionada sobre una placa(generalmente un disco circular) que se coloca contracorriente.

Su escasa precisión (del orden del 0,5 al 5%) les hace adecuados para fluidos sucios,agresivos y de alta viscosidad.

6.6.2 Medidores de Velocidad

6.6.2.1 Medidor de turbina

Mediante la circulación del fluido por la tubería, se hace girar un rotor, cuyavelocidad es proporcional a la del fluido y por lo tanto al caudal instantáneo. Figura 6.29.

Caudal

Figura 6.29. Medidor de Turbina

Para conocer el valor del caudal, se incorpora un convertidor para captar la velocidadde la turbina. Existen dos tipos de convertidores:

• Reluctancia: La velocidad está definida por el paso de las palasindividuales de la turbina a través del campo magnético creado por unimán permanente montado en una bobina captadora exterior. El paso decada pala varía la reluctancia del circuito magnético. Esta variacióncambia el flujo induciendo en la bobina captadora una corriente alternaque es proporcional al giro de la turbina.

• Inductivo: El rotor lleva incorporado un imán permanente y el campomagnético giratorio que se origina induce una corriente alterna en unabobina captadora exterior.

La precisión de estos equipos es muy elevada; del orden del ± 0,3%. Al ser uninstrumento de medición por velocidad, cuanto mas laminar sea el flujo mas precisión en lalectura.

Un método para conseguir fluidos laminares (para cualquier tipo de instrumento) esla instalación del mismo entre 10 diámetros de tubería recta aguas arriba y 6 diámetros detubería recta aguas abajo.


187

Su inconveniente radica en la construcción, puesto que el rotor es un elemento móvilsusceptible de roturas.

Así mismo se recomienda su montaje en tramos de tuberías que siempre esténinundados de líquido, para evitar posibles golpes de ariete que podrían malmeter el equipo.

6.6.2.2 Medidor Electromagnético

La ley de inducción de Faraday enuncia que el voltaje inducido en un conductor quese mueve en un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor, dimensióndel conductor y fuerza del campo magnético.

E=K⋅B⋅l⋅vSiendo:

E: Tensión generada en el conductor

K: Constante

B: Densidad del campo magnético

l: Longitud del conductor

v: Velocidad del movimiento

En este tipo de instrumentos, el conductor es el líquido, y E es la señal generada;esta señal es captada por dos electrodos rasantes con la superficie interior del tubo ydiametralmente opuestos.

La única zona del líquido en movimiento que contribuye a la f.e.m. es la que une enlínea recta a los dos electrodos, B es la densidad del campo magnético, l es el diámetro dela tubería y v es la velocidad del fluido a través del medidor.

Entonces:

DBEKQDvQ ⋅⋅=⇒

⋅⋅=

4

2π

Este hecho implica que la variable E, depende de la velocidad del fluido y ladensidad del campo magnético. A su vez, esta última depende de la tensión de la línea y dela temperatura del fluido. Con lo cual es necesario que la señal de voltaje del medidor, secompare con una tensión de referencia Er. Como las dos tensiones dependen a la vez delcampo magnético, las tensiones de línea y las variaciones de temperatura y conductividad ,se compensan dichas variaciones.

El medidor (Fig. 6.30.) consta de :

• Tubo de Caudal: La propia tubería (de material no magnético) recubiertode material no conductor para no cortocircuitar el voltaje inducido.Bobinas generadoras del campo magnético. Electrodos detectores delvoltaje en el fluido.

• Transmisor: Alimenta eléctricamente (C.A. o C.C.) a las bobinas, Eliminael ruido del voltaje inducido. Convierte la señal (mv) a la adecuada a losequipos de indicación y control (mA, frecuencias digitales)


188

Voltaje Salida

Voltaje Excitación

Caudal

Tubería AisladaElectrodos

Inducción Campo

Magnético

Figura 6.30. Medidor Electromagnético

La conductividad del fluido es la única variable que puede alterar la medición delcaudal. El medidor de caudal electromagnético solo permite (en la mayoría de los casos)medir caudales de líquidos cuya conductividad supere los 5µΩ/cm.

Su campo de aplicación se limita a líquidos sucios, viscosos y contaminados, y laprecisión de estos equipos suele ser del orden del 0.25 al 1%.

6.6.2.3 Medidor Vortex y Torbellino

El medidor de caudal Vortex funciona como la introducción de un cuerpo “romo”generalmente en forma de cono en la corriente de un fluido, provoca un fenómeno de lamecánica de fluidos conocido como vórtices o torbellinos desfasados 180º. Es lo que seconoce como efecto Von Karman.

Podemos definir un vórtice como áreas de movimiento circular con alta velocidadlocal. Estos causan áreas de presión fluctuantes que se detectan con sensores.

El principio de funcionamiento se basa en la determinación de la frecuencia de dichotorbellino.

Para poder usar este medidor, es necesario que el fluido tenga un valor mínimo delnúmero de Reynolds.

µρ Dv ⋅⋅

=Re


189

La frecuencia de aparición de los vórtices es proporcional a la velocidad del fluido ypor lo tanto al caudal.

Su uso está indicado para gases y líquidos limpios, y su precisión es del 1%.

Los medidores de caudal por efecto torbellino, funcionan de maneras similar a losVortex, salvo que el elemento primario romboidal, se sustituye por una hélice fija instaladadentro de la tubería.

La frecuencia del torbellino es proporcional a la velocidad del fluido de acuerdo conla expresión conocida como número de Strouhal.

vdfSt⋅

=

Donde:

St: Número de Strouhal

f: Frecuencia del torbellino

d: Anchura del torbellino

v: Velocidad del fluido

Dicho número es constante para números de Reynolds comprendidos entre 10.000 y1.000.000, y el valor “d” es una constante del fabricante del equipo.

Entonces:

vsQ ⋅=

Siendo:

Q: Caudal volumétrico

s: Sección de la tubería

Con todo esto la expresión queda de la siguiente manera:

KfS

sdfQt

⋅=⋅⋅

=

Al ser:

.constS

sdKt

=⋅

=

El caudal volumétrico del fluido es proporcional a la frecuencia del torbellino.

El sistema de detección de frecuencia de torbellinos, se consigue mediante sensoresde presión piezoeléctricos, los cuales detectan los picos de presión en el lado contrario deltorbellino.


190

6.6.2.4 Medidor Ultrasónico

Los medidores de ultrasonidos, emplean ondas ultrasónicas para determinar elcaudal. Miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al propagarse este en elsentido del flujo del fluido, y en el sentido contrario.

Los sensores se instalan en una tubería de diámetro conocido y de velocidadconocidas.

Existen varios instrumentos que realizan mediciones de caudal por efectoultrasónico:

• Medidor a Pulsos: Se introducen dos pulsos inclinados y simultáneamentemediante dos emisores-receptores, que reflejan en la tubería. Ladiferencia de tiempo para el mismo camino recorrido, depende de lavelocidad del flujo. Figura 6.30.

CaudalDirección

Transductor(Emisor-Receptor)

(Emisor-Receptor)Transductor

Ondas deUltrasonidos

Figura 6.31. Medidor a Pulsos

• Medidor Doppler: Este sistema se caracteriza porque el instrumento emiteondas de frecuencia fija que reflejan en el fluido. Al tener este velocidad,se produce una variación de la frecuencia de la onda reflejada. Estesistema requiere de la existencia en el fluido de partículas, lo que loconvierte en un equipo ideal para control de caudal de mezclas de líquidoy gas, y fangos. Figura 6.32.

Transductor(Receptor)

(Emisor)Transductor

DirecciónCaudal

Figura 6.32. Medidor Doppler


191

La precisión de estos equipos es del orden del 2 al 5%, y como ya se ha dicho sonideales para medición de fluidos contaminados o con carga de partículas, porque seinstalan exteriormente a la tubería.

Aunque lógicamente la densidad del fluido afecta a la medida, pues esta varia lavelocidad del sonido.

6.6.3 Medidores de Área Variable

6.6.3.1 Rotámetro

Básicamente, un rotámetro, es un sistema de medida, en el cual un flotador cambia sualtura dentro de un tubo graduado, en función al caudal instantáneo.

Esquemáticamente se representa de la siguiente manera (Fig. 6.32.):

G

E

F

Figura 6.32. Rotámetro

Donde:

G: Peso del flotador

vt: Volumen del flotador

ρt: Densidad del fluido

ρf: Densidad del flotador

E: Fuerza de arrastre del fluido sobre el flotador

F: Fuerza de Empuje del fluido sobre el flotador

Cd: Coeficiente de arrastre del fluido sobre el flotador

v: Velocidad del fluido

Af: Área de la sección del flotador

Aw: Sección interior del tubo

En condiciones de equilibrio se cumplen las siguientes ecuaciones:


192

GEFgvACE

gvF

gvG

ftd

tf

ff

=+

⋅=

=

=

2

ρ

ρ

ρ

Con estas variables y con algún paso intermedio que no se definirá, obtenemos lasiguiente expresión para determinar el caudal del fluido que pasa a través de un rotámetroconocido:

ft

tffwv A

gvCAQ

ρρρ )(2 −

=

Generalmente y salvo modelos determinados que incorporan transductores contotalizador, el rotámetro solo sirve para mediciones instantáneas de caudal. Tambiénpueden incorporar transmisores analógicos para retransmisión del valor de caudal o inclusoincorporar niveles de seguridad mediante acoplamientos magnéticos.

El material del tubo siempre dependerá de la tipología del fluido; se usarán tubos devidrio para elementos corrosivos y plásticos para fluidos normales.

La forma y el material del flotador también vendrá determinado por el fluidopudiendo ser este:

• Esférico: Para bajos caudales y poca precisión. La viscosidad influye engran medida en la medición.

• Cilíndrico con borde plano: Para caudales medios y elevados coninfluencia media de la viscosidad.

• Cilíndrico con borde saliente: De cara inclinada contra el flujo, conmenor influencia de la viscosidad.

• Cilíndrico de borde saliente contra el flujo: Con mínima influencia de laviscosidad.

El rotámetro suele tener un intervalo de medida de 1 a 10 (relación entre el caudalmínimo y máximo), es decir si el caudal máximo es de 100 m3/h el mínimo oscilará sobrelos 10 m3/h.

El modo de instalación siempre es en vertical, y su rango de aplicación, lo limita a lamedición de pequeños y medianos caudales. En caso de grandes caudales, pueden usarsemontajes en by-pass.


193

6.6.4 Medidores Másicos

6.6.4.1 Medidor Másico Térmico

En la actualidad, los equipos de medida por efecto másico, están desplazando a losconvencionales métodos de medición de caudal, pues no es necesario compensardensidades del fluido, ni temperaturas ni presiones, pues como su nombre indica, elcaudalímetro másico mide la masa del fluido.

La principal ventaja de disponer de una medición directa de caudal másico estriba enla elevada precisión de estos instrumentos, pues la señal del sensor, al carecer decompensaciones de temperatura y presión, solo amplifica la señal. No se pierde precisiónni se acumulan errores.

El principio de funcionamiento de el medidor másico es el siguiente (Fig. 6.33.):

Figura 6.33. Esquema de Principio Másicos Térmicos

Su principio elemental se basa en la conducción de un caudal a través de un tubocapilar. Sobre este tubo se han emplazado tres bobinas exteriormente. La bobina central Rhes una resistencia a la que se llama “heater” (H). Las otras dos bobinas son sensores detemperatura RT1 (Tup) y RT2 (Tdown), construidas de un material cuya resistencia dependefuertemente de la temperatura. Cuando no hay fluido circulando a través del tubo el perfilde temperatura es simétrico. Cuando existe caudal, el perfil se desfasa hacia la derecha.Este desfase es detectado por estas termorresistencias . Para caudales relativamente bajosla diferencia de temperatura Tdown - Tup es proporcional al caudal másico.

La función de transferencia de calor entre el caudal másico del gas y la diferencia detemperatura es la siguiente:


194

mp OCKT ⋅⋅=∆ ª

Donde:

∆Tª: Diferencia de temperatura

Cp: Calor específico

K: Factor constante

Om: Caudal másico

La mayoría de caudalímetros másicos térmicos comparten el mismo principio demedición en cuanto a la captación del caudal de medida. Este se efectúa mediante by-pass,pero es necesario que el caudal principal y el caudal de medida sean laminares (esto seconsigue mediante la ubicación de los caudalímetros entre 10 diámetros de tubería rectaaguas arriba y 4 diámetros de tubería recta aguas abajo).

Si el caudal principal y el de medida son laminares, puede decirse, que la relaciónentre los dos caudales es constante para todos los rangos de caudal. Es decir, que el caudalde principal es una relación del caudal de medida.

Los caudalímetros másicos trabajan siempre en la zona lineal de señal, con lo cual laseñal es estable, precisa y repetible.

Los másicos trabajan con las principales unidades de medida de caudal:

• ls/min: Litros estándar por minuto

• ln/min: Litros normales por minuto

• Nm3/h: Metros cúbicos normales por hora

• Sccm: Centímetros cúbicos estándar por minuto

• SPLM: Litros estándar por minuto (USA)

El campo máximo de medida puede llegar hasta los 11.000 Nm3/h de aire, y suprecisión de ±0,2%. Como inconveniente hay que destacar el que el coste de estos equiposes ligeramente superior a otros sistemas de medición, pero pueden llegar a incorporardisplays de visualización de caudal, comunicaciones analógicas y digitales, y determinadosmodelos pueden instalarse en zonas clasificadas como explosivas.

Según su tipología, pueden se de geometría de inserción o másicos de instalación “enlínea”

Podemos observar en la siguiente imagen (Fig. 6.34.), el aspecto de un caudalímetromásico de instalación “en línea”.


195

Figura 6.34. Distintos tipos de Caudalímetros Másicos

6.6.4.2 Medidor de Coriolis

Un objeto de masa m que se desplaza con una velocidad lineal V a través de unasuperficie giratoria que gira con velocidad angular constante w, experimenta unavelocidad tangencial (velocidad angular x radio de giro) tanto mayor cuanto mayor es elalejamiento del centro.

Si el móvil se desplaza del centro hacia la periferia, experimentará un aumentogradual de su velocidad tangencial, lo cual indica que se le está aplicando una aceleración,y por lo tanto una fuerza sobre la masa del objeto.

Como el radio de giro va aumentando gradualmente, la velocidad tangencial tambiénvaría, con lo que se concluye que una variación de velocidad comporta una aceleración,que a su vez es debida a una fuerza que actúa.

El teorema de Coriolis, es una extensión de la teoría Newtoniana. Es una fuerzainercial ejercida sobre un objeto como resultado de un movimiento relativo a un sistemarotacional de referencia.

Recoge los efectos producidos por una fuerza centrífuga complementaria debida alsistema rotacional de referencia.

Su uso también se limita a cálculo de trayectorias de misiles balísticos, hidráulica,maquinaría y meteorología.

En el diseño de estos instrumentos encontramos como aspecto común a todos ellos,un sistema constituido por unos tubos en forma de omega llenos del fluido a medir. Estostubos pueden ser reflectados elásticamente hasta una determinada amplitud. Si circula porel tubo un producto con una masa determinada y además el tubo se ve sometido a unatorsión por la acción de fuerzas externas, aparece una fuerza muy pequeña denominadaFuerza de Coriolis. Este movimiento del tubo es casi siempre de oscilación, y la fuerza decoriolis, es directamente proporcional al caudal másico que circula por el tubo, a lavelocidad de oscilación, y a la longitud de la porción de tubo directamente involucrado enla medición.

La resolución óptima en la medición de dicha fuerza de coriolis, se obtiene midiendoel desfase generado entre las señales de dos bobinas detectoras.


196

lwmFc ⋅⋅=

Donde:

Fc: Fuerza de Coriolis

m: Caudal másico que circula por el tubo

w: Velocidad de oscilación ( la velocidad cambia periódicamente)

l: Longitud del tubo realmente involucrado en la medición.

Para obtener una buena medida de caudal, hay que someter al tubo a la máximatorsión posible mediante la aplicación de fuerzas externas. A este objetivo, se opone elhecho de que la rigidez del tubo es inversamente proporcional a su longitud libre, y enprincipio no es posible aumentar la longitud del tubo sin perder la estabilidad.

Para paliar este posible defecto, la mayoría de los tubos de torsión tienen forma deomega.

A continuación definiremos el funcionamiento del caudalímetro mediante unasgráficas:

Figura 6.35. Gráfico 1: Desfase 180º

A caudal cero la salida de las bobinas sensoras esta desfasada 180º (Fig. 6.35)

Figura 6.36. Gráfico 2: Movimiento torsión en Tubos

Cuando existe caudal, aparece la fuerza de Coriolis, comenzando a afectar almovimiento de torsión de los tubos en omega. (Fig. 6.36.)


197

Figura 6.37. Momento de Inercia

El caudal circulante genera un momento e inercia al vehicular por la parte circular dela omega (Fig. 6.37.). Este se resiste al movimiento oscilatorio de los tubos y causa unatorsión en los mismos. Las ondas generadas por las dos bobinas sensoras se ven afectadaspor la fuerza de coriolis.

Figura 6.38 Gráfico 3: Desfase Bobinas

La fuerza de coriolis causa un desfase en las señales de las bobinas sensoras. EsteDelta t, es proporcional al caudal (Fig. 6.38.).

Los coriolis se caracterizan por su elevada precisión (con un error inferior al 0.5%), ysu uso se destina a fluidos viscosos, sucios, corrosivos con altas temperaturas y con altaspresiones.

Carecen de mantenimiento pero son bastante mas caros que los másicos de efectotérmico.


198

6.6.5 Medidores Volumétricos

6.6.5.1 Medidor de Desplazamiento positivo

Los medidores de desplazamiento positivo, miden el caudal en volumen contando ointegrando volúmenes separados del líquido.

Las partes móviles del elemento, se mueven aprovechando la energía del fluido ydan lugar a una perdida de carga.

La precisión de estos equipos depende de las partes huecas entre las partes móviles ylas fijas.

Existen varios tipos de medidores de este tipo:

• Disco Oscilante

• Pistón Oscilante

• Pistón Alternativo

• Rotativos (Ovales) (Fig. 6.39.)

• Diafragma

Figura 6.39. Medidores Rotativos

Los medidores de desplazamiento positivo, se usan en fluidos de alta viscosidad yfluidos de menos de 5µS/cm.

No suelen usarse con fluidos sucios, pues estos pueden entorpecer el giro de loselementos móviles.

Su precisión oscila desde los 0,2 hasta el 0,5%.


199

6.7 NIVELLa medición de nivel, es otra de los grandes campos dentro de la automatización de

procesos. En este capítulo se definirán por separado la medición de nivel en líquidos y lamedición de nivel en sólidos, pues son tecnologías independientes.

6.7.1 Medición de Nivel de LíquidosGeneralmente estos equipos basan su funcionamiento en la medición directa de la

columna de líquido sobre una línea de referencia, presión hidrostática, desplazamiento deun flotador por el propio líquido del tanque de proceso, o aprovechando característicaseléctricas del fluido.

La clasificación de los equipos de medición de líquidos, queda pues de la siguientemanera:

• Medidores Directos Medidor de sonda

Nivel de cristal

Instrumento de flotador

• Medidores Presión Hidrostática: Medidor manométrico

Medidor de membrana

Medidor de burbujeo

Medidor de presión diferencial

• Medidores por características eléctricas:

Medidor conductivo

Medidor capacitivo

Medidor ultrasónico

Medidor de radiación

Medidor láser

6.7.1.1 Medidores Directos

Son aquellos en los cuales la medición se efectúa por lectura directa de la longitudmojada por el líquido.

6.7.1.1.1 Medidor de sondaConsiste en una varilla o regla graduada con una longitud determinada que se

introduce en el interior del depósito.


200

Su uso se limita a depósitos abiertos o a presión atmosférica y que contienenvolátiles como fuel-oil o gasolina. Figura 6.40.

Figura 6.40. Medidor de Sonda

Medidores parecidos son el de cinta y plomada que consiste en una cinta graduadaque se desliza hacía el fondo del depósito. Su uso es para depósitos de gran altura.

6.7.1.1.2 Nivel de cristalConsiste en un tubo de vidrio graduado con sus dos extremos conectados al tanque

mediante tres válvulas. Dos de cierre de seguridad y una de purga en el extremo inferior. Ellíquido sube por el tubo hasta igualar al nivel del depósito.

Al ser un tubo de vidrio, la presión del depósito influye, pues a presiones elevadas, elgrosor del tubo de vidrio aumenta.

Los inconvenientes de estos medidores son la presión de trabajo, la temperatura y lapoca resistencia a los impactos. Es necesario además que los líquidos sean limpios para nomanchar el tipo.

6.7.1.1.3 Instrumento de flotadorSe basan en un flotador situado en la superficie del líquido y conectado al exterior

del tanque con indicación directa del nivel. La conexión entre el flotador y el exteriorpuede ser:

• Directa: El flotador está conectado mediante unas poleas a un indicadorexterior con una escala graduada. Ideal para su uso en depósitosatmosféricos. Figura 6.41.


201

Figura 6.41. Instrumento de Flotador de Medición Directa

• Magnética: Desliza exteriormente a lo largo de un tubo guía sellado,situado verticalmente en el interior del tanque. Dentro del tubo, una piezamagnética sigue al flotador en su movimiento y mediante un cable y unjuego de poleas arrastra el índice de un instrumento situado en la partesuperior del tanque. Puede incorporar transmisores analógicos o digitales.

• Hidráulica: Este flotador actúa en su movimiento sobre un fuelle de talmodo que varía la presión de un circuito hidráulico, y señala a distanciaen el receptor, el nivel correspondiente. Permite el uso de transmisores,pero al tener partes móviles y un circuito hidráulico debe ajustarse.

Los instrumentos de flotador, tienen una precisión de ±0,5%. Su uso generalmente espara depósitos atmosféricos, y son independientes de densidades y temperaturas. Hay quetener cuidado con las maniobras de carga del depósito y el posible “oleaje” en la superficiedel líquido, pues puede malmeter al elemento primario.

6.7.1.2 Medidores Presión Hidrostática

6.7.1.2.1 Medidor manométricoEl medidor manométrico se basa en un manómetro conectado en la parte inferior del

depósito. Este manómetro mide la presión debida a la altura del líquido que existe entre elnivel del tanque y el eje del instrumento.

El campo de medida del instrumento corresponderá pues a :

gh ⋅⋅− γ0

Donde:

h: Altura del líquido en m

γ: Densidad del líquido en kg/m3

g: 9,8m/s2


202

Al ser las alturas limitadas, el campo de medida es bastante pequeño, así que elmanómetro utilizado tiene un elemento de medida de tipo fuelle. Su aplicación se limita afluidos limpios, pues si el fluido está sucio, o es corrosivo, puede malmeter el fuelle. Ladensidad del líquido influye en la medida.

6.7.1.2.2 Medidor de membranaUtiliza una membrana conectada con un tubo estanco al instrumento receptor. La

fuerza ejercida por la columna de líquido sobre la membrana comprime el aire interno auna presión igual a la ejercida por la columna de líquido.

6.7.1.2.3 Medidor de burbujeoEl medidor de burbujeo, sumerge un tubo en el líquido a tratar. A través del mismo,

se hace burbujear una cantidad de aire conocida y a una presión determinada. Esta presiónes equivalente a la presión hidrostática que está ejercida por la columna de líquido. Figura6.42.

PDT

Aire

Aire

Figura 6.42. Medidor de Burbujeo

6.7.1.2.4 Medidor de presión diferencialEstá formado por un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la

presión hidrostática en la zona inferior del depósito.

En depósitos abiertos, el nivel del líquido es proporcional a la presión en el fondo.

p=ρ⋅g⋅hEn depósitos cerrados, por el contrario, la medición de nivel, consiste en la diferencia

de presión ejercida por el líquido en el fondo y la presión en la parte superior.


203

6.7.1.3 Medidores por Características Eléctricas

6.7.1.3.1 Medidor resistivoBásicamente consiste en una sonda con dos electrodos, que al entrar en contacto con

el líquido conductor, se cierra un circuito eléctrico que a través de un relé amplificadorcierra un contacto y circula una corriente segura del orden de los 2mA. Este relé puedeestar temporizado para compensar olas de nivel del líquido.

Un dato a tener en cuenta, es que es necesario que el líquido tenga una impedanciamínima de 20MΩ/cm y una tensión de alimentación alterna para evitar fenómenos deelectrólisis en los electrodos.

Principalmente, se usan como interruptores de nivel en recipientes de líquidosconductores que no sean ni muy viscosos, ni corrosivos, aunque pueden trabajar de formacontinua.

6.7.1.3.2 Medidor capacitivoSe basa en medir la variación de capacitancia de un condensador, cuando va

variando el medio dieléctrico entre sus placas.

Este condensador está formado por el electrodo sumergido en el líquido y lasparedes del depósito. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido.

La tipología de estos equipos, irá en función del tipo de líquido del depósito. Loslíquidos, se clasificaran en dos tipos (Figura 6.43.):

• Líquidos Conductores: Se requiere una conductividad mínima de100µΩ/c.c. El electrodo está recubierto de teflón interviniendo lascapacidades adicionales entre el material dieléctrico y el electrodo en lazona del líquido y del gas.

• Líquidos no Conductores: El tipo de electrodo es normal, es decir, nolleva recubrimiento ninguno, y la capacidad total del sistema, se componede la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores.

Líquido no conductor Líquido conductor

Figura 6.43. Medidor Capacitivo


204

La limitación de estos instrumentos viene cuando los líquidos contienen burbujas deaire o vapor, pues estas pueden variar la constante dieléctrica aumentando el error.También la temperatura afecta a esta constante

El error de este tipo de equipos es de aproximadamente del 1%, con un campo demedida casi ilimitado y suelen usarse como interruptores de nivel.

6.7.1.3.3 Medidor ultrasónicoConsiste en un emisor de impulsos ultrasónicos de alta frecuencia (entre 20 y 40

Khz.). Dicho impulso se transmite desde la fase gas del depósito hasta que choca contra lasuperficie del líquido y retorna hasta el receptor.

El retardo entre la emisión y la recepción del eco, depende del nivel del tanque.

La precisión de estos equipos (±1 a 3%) puede variar en función de la densidad delproducto del depósito, y también de si este tiene en su capa superficial espumas. Estoscontratiempos, siempre pueden compensarse.

Estos equipos pueden trabajar como interruptores de nivel, donde los sensores vibrana una frecuencia de resonancia determinada, que se amortigua cuando el fluido moja elsensor.

La colocación del medidor puede ser diversa, tal y como se muestra en la figura 6.44.

Alarma

MontajeSuperior Lateral

MontajeEn Aire En Líquido

Indicación Continua

Figura 6.44. Medidor Ultrasónico

6.7.1.3.4 Medidor de radiaciónEl principio de funcionamiento consiste en un emisor de rayos gamma ubicado en un

lateral del tanque (generalmente) y que incorpora un contador Geiger, que convierte laseñal de radiación gamma en una señal eléctrica de corriente continua.

Como la emisión de rayos es inversamente proporcional a la masa del líquidoexistente en el depósito, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcionalal nivel del líquido, ya que el material absorbe parte de la energía emitida.

Al ser equipos que usan como fuente de energía material radioactivo, hay que teneren cuenta que los medidores por radiación deben estar reglamentados por la Junta deEnergía Nuclear.


205

Al no tener contacto con el líquido, no incorporan ningún elemento móvil, con locual es ideal para aplicaciones con fluidos viscosos y sistemas en movimiento (barcos).Aunque es válido para cualquier fluido.

Su uso se justifica en depósitos de difícil acceso, o con presiones elevadas o cuandono es posible el uso de otros sistemas de medición. El sistema se caracteriza también porsu coste y su dificultad en la instalación, ya que no debe dejar ligar a posibles escapes de lafuente radioactiva. Su precisión es de ±0,5 a 2%

6.7.1.3.5 Medidor láserEste método halla su aplicación principal en instalaciones extremas donde no

alcancen los otros medidores. Por ejemplo niveles de balsa de vidrio fundido, dondedebido a las altas temperaturas y atmósferas oxidantes y reductoras obligan al uso de estetipo de equipo.

El principio de funcionamiento se basa en la emisión de un láser a través de un tubode acero y dirigido por reflexión en un espejo sobre la superficie del fluido.

El tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el de retorno, (medido por elfotodetector), es directamente proporcional a la distancia del aparato emisor a la superficiede metal fundido. Un microprocesador en la electrónica del aparato convierte este tiempoal valor de la distancia a la superficie del metal en fusión, es decir, da la lectura del nivel.

6.7.2 Tabla Resumen

Instrumento Campo demedida

Precisión(% escala)

Pres. máx.(bar)

Temp.máx. fluido

(ºC)Desventajas Ventajas

Sonda Limitado 0,5mm Atm. 60Manual, sin

olas. Tanquesabiertos.

Barato ypreciso.

Cristal

Flotador

Limitado

0-10 m

0,5mm

±1-2%

150

400

200

250

Sintransmisión.

Posibleagarrotamiento.

Seguro,preciso ysimple.

Manométrico Alt. Tanque ±1% Atm. 60Tanques

abiertos yfluidos limpios.

Barato

Membrana

Burbujeo

0-25 m

Alt. Tanque

±1%

±1%

Atm.

400

60

200

Tanquesabiertos,

mantenimientoy posible

contaminaciónlíquido

Baratosversátiles

Presión

Diferencial0-3 m ±0,15% a

±0,5% 150 200 Posibleagarrotamiento

Interfaselíquido

Conductivo

Capacitivo

Ilimitado

0-6 m

-

±1%

80

80-250

200

200-400

Líquidoconductor.

Sensible a cte.Dieléctrica

Versátil,resistente acorrosión


206

Instrumento Campo demedida

Precisión(% escala)

Pres. máx.(bar)

Temp.máx. fluido

(ºC)Desventajas Ventajas

Ultrasónico 0-30 m ±1% 400 200 Sensible adensidad

Resistente acorrosión yapto para

todo tipo delíquidos

Radiación 0-25 m ±0,5%-2% - 150 Peligroradioactivo



Láser 0-2 m ±0,5%-2% - 1500 Láser



Tabla 6.10

6.7.3 Medición de Nivel de SólidosEl gran inconveniente en la medida de sólidos se presenta a la hora de definir una

superficie horizontal, pues esta no tiene porque existir. De ahí se justifica el porque nocomparte (salvo excepciones) medidores con los líquidos.

Los principales medidores de nivel para sólidos son los siguientes:

• Detectores de Nivel de Punto Fijo Diafragma

Cono suspendido

Varilla flexible

Medidor conductivo

Paletas rotativas

Ultrasonidos

• Medidores de Nivel Continuo Sondeo Electromecánico

Báscula

Capacitivo

Presión Diferencial

Ultrasonidos

Radiación


207

6.7.3.1 Detectores de Nivel de Punto Fijo

6.7.3.1.1 DiafragmaSe basa en una membrana flexible que entra en contacto con el producto dentro del

tanque, y que contiene en su interior un juego de palancas con contrapesos que se apoyansobre un interruptor. Al ascender el nivel de los sólidos, se alcanza el diafragma, lo fuerzavenciendo el contrapeso y accionando en interruptor que activa una alarma o una señal dellenado.

Es un sistema de bajo coste que solo permite trabajos con materiales sólidossuperiores a 80 mm de diámetro, y en depósitos atmosféricos o a baja presión.. Laprecisión es de ±50 mm.

6.7.3.1.2 Cono suspendidoConsiste en un interruptor instalado dentro de una caja estanca al polvo con una

cazoleta de goma de la que está suspendida una varilla que termina en un cono. Fig. 6.45.

Cuando el nivel de los sólidos alcanza el cono, el interruptor se activa, generandouna señal eléctrica que podemos usar como alarma de alto o medio nivel, protegiéndolocontra posibles caídas de sólidos.

Es un equipo económico y su precisión es de 50 mm.

Cono

Interruptor

Cazoleta

Figura 6.45. Cono Suspendido

6.7.3.1.3 Varilla flexibleEs un sistema prácticamente igual que el cono suspendido, la única diferencia estriba

en que el elemento que activa el interruptor de nivel, es una varilla de acero conectada a undiafragma de latón. Figura 6.46.

Su uso se destina a silos atmosféricos como alarma de alto nivel, y su precisión es de±25 mm. Puede soportar temperaturas de 300ºC.


208

Interruptor

Sonda

Figura 6.46. Varilla Flexible

6.7.3.1.4 Medidor conductivoConsiste en un electrodo dispuesto en el interior de unas placas puestas a masa y con

el circuito eléctrico abierto.

Al alcanzar los sólidos al aparato, se cierra el circuito y la corriente originada seamplifica hasta que excita a un interruptor de alarma.

Es necesario que los sólidos tengan una conductividad mínima de 1,4⋅10-7 mΩ parapoder activar el interruptor.

Trabaja en silos atmosféricos y en depósitos a presión. Y se usa para niveles altos ointermedios.

Este medidor, no deja de ser un detector de proximidad capacitivo dotado de uncircuito oscilante RC que está ajustado en un punto crítico, y que entra en oscilacióncuando se encuentra próximo al fondo de los sólidos.

6.7.3.1.5 Paletas rotativasUn motor síncrono hace girar unas paletas a baja velocidad (9 r.p.m.) a través de un

resorte. Al entrar en contacto el material del silo con las paletas, éstas se detienen, pero elmotor y su caja de engranajes continua girando en sentido contrario. En este giro, el motoracciona dos interruptores; el primero excita al equipo de protección (final de carrera oalarma) y el segundo desconecta la alimentación eléctrica del motor. Fig. 6.47.

Al descender el nivel de producto, las paletas se desbloquean, y el motor vuelve a suposición inicial, liberando los dos interruptores.


209

Conexión Proceso

Paletas rotativas

Motor y electrónica

Figura 6.47. Paletas Rotativas

La intensidad del motor es proporcional a la longitud de paleta en contacto con elsólido.

Su principal aplicación es la detección del nivel máximo en silos atmosféricos o debaja presión (10 kg/cm2) de sólidos granulados. Su precisión es de unos 25 mm.

6.7.3.2 Medidores de Nivel Continuo

6.7.3.2.1 Sondeo electromecánicoConsiste en un cable de medición o cinta de acero con un peso en su extremo y que

está movido por un motor.

El detector hace descender el peso hasta la superficie del material, cuando estecontacta con el sólido, se anula la rigidez del cable, lo que invierte el giro del motorascendiendo el peso.

Es un instrumento visual, pues el operador visualiza en el indicador exterior el niveldel depósito.

El peso que se desliza en el interior del depósito, debe tener una sección losuficientemente ancha para no hundirse en el material. Es un sistema relativamente simple,y se usa para materiales sólidos con granulometría hasta 3mm. Figura 6.48.

Motor

Detector

Indicador

Figura 6.48. Sondeo Electromecánico


210

6.7.3.2.2 BásculaEfectúa la medición indirectamente a través del peso total (silo+carga). Al ser el peso

del depósito una constante, el nivel de sólidos es fácil de determinar.

El sistema de pesaje consistirá o bien en células de carga o galgas extensiométricas.

Es un elemento caro, y permite trabajar con depósitos a presión y a temperatura. Laprecisión dependerá del sensor utilizado, pudiendo oscilar entre el ±0,5% y el ±1%.

6.7.3.2.3 CapacitivoEs de funcionamiento similar al sistema capacitivo de líquidos, salvo que en el caso

de los sólidos, existe el peligro de la adherencia de material a la sonda.

Las variaciones de densidad del sólido influyen en la lectura.

Su uso se destina materiales en forma granular o en polvo que sean buenos aislantes.Puede trabajar hasta 50 bar y 150 ºC.

La precisión es de ±15 mm.

6.7.3.2.4 Presión diferencialLa aplicación de los medidores por de presión diferencial se destinan al control de

nivel continuo de lechos fluidificados.

Debe efectuarse una medición por encima y por debajo del lecho. La diferencia depresiones depende del nivel del lecho.

Puede trabajar a temperaturas superiores a 300ºC, y es de rápida respuesta.

6.7.3.2.5 UltrasonidosBásicamente consiste en una sonda en forma de diapasón que oscila a una frecuencia

de unos 80 Hz. Impulsado piezoeléctricamente.

A medida que el nivel de material asciende y cubre el diapasón, la frecuencia seamortigua. Esta disminución de la frecuencia activa una señal.

En función de la disposición del equipo, puede trabajar como interruptor de nivel ocomo detector de nivel en continuo.

Como la mayor parte de los sólidos reflejan (en mayor o menor grado) losultrasonidos, el sistema es adecuado para la mayor parte de los sólidos con mucho polvo,alta humedad, humos o vibraciones.

Puede trabajar a temperaturas superiores a 150ºC y con una precisión del ±0,15 a±1%.

6.7.3.2.6 RadiaciónFunciona de la misma manera que el medidor por radiación de líquidos. El emisor

emite una fuente de radiación a través del lecho de sólidos, que es captada por el receptorexterior. Figura 6.49.

El grado de radiación detectado, irá en función del espesor de sólidos entre el emisory el receptor.


211

Al igual que otros medidores de nivel, la colocación del equipo indica si el mismotrabaja en continuo o trabaja como interruptor de nivel.

Detector

Fuente

Figura 6.49. Medidor de Radiación

El medidor por radiaciones puede trabajar a altas temperaturas (1300ºC), y al estarmontado exteriormente y carecer de partes móviles, puede trabajar con cualquier tipo desólidos siempre y cuando no reaccionen con la radioactividad.

Es un instrumento caro y que requiere de revisiones periódicas para evitar posiblesfugas.

6.7.4 Tabla Resumen

Punto Fijo TanquesTipo

Alto BajoContinuo

Precisión% toda

la escala Abiertos CerradosTemp.Máx. Desventajas Ventajas

Diafragma Sí Sí No 50 mm Sí Sí 60

No admitematerialesgranulares>80 mm.Tanques a

baja presión

Bajo coste,sensible a

materiales devariada

densidad

Conosuspendido Sí Sí No 50 mm Sí No 60 Debe estar

protegido Bajo coste

Varilla flexible Sí No No 25 mm Sí No 300 Relé retardo,solo nivel alto Muy sensible

Conductivo Sí Sí No 25 mm Sí Sí 300 Conductividadmateriales

Tanques apresión

Paletas rotativas Sí Sí No 25 mm Sí No 60Tanques

abiertos o abaja presión

Materialesdiversos o aprueba deexplosión

Sondeoelectromecánico - - Sí ±1% Sí No 60

Resistenciamecánica

mediaSencillo


212

Punto Fijo TanquesTipo

Alto BajoContinuo

Precisión% toda

la escala Abiertos CerradosTemp.Máx. Desventajas Ventajas

Báscula - - Sí±0,5%

a ±1%Sí Sí 900 Coste elevado

Preciso,seguro, altapresión y

temperatura

Capacitivo - - Sí 15 mm Sí Sí 150

Materialesaislantes,

calibraciónindividual,adherenciaproducto

Bajo coste

Presióndiferencial - - Sí - Sí Sí 300

Coste medio,posible

obturaciónorificio.

Respuestarápida.

Ultrasonidos Sí Si Sí±0,5%

a ±1%Sí Sí 150 Coste medio

Materialesopacos y

transparentes.A prueba deexplosión

Radiación Sí Sí Sí±0,5%

a ±1%Sí Sí 1300

Coste elevado,supervisiónseguridad,calibraciónindividual,

varias fuentes

Tanques sinaberturas,productos

corrosivos ypeligrosos,

altaspresiones y

temperaturas.

Tabla 6.11. Tabla Resumen de Medidores de Nivel


213

6.8 OTRAS VARIABLES

En los capítulos anteriores, se han descrito los principales métodos de medición ycontrol de las variables más comunes: Presión, temperatura, caudal y nivel. Pero existenotras muchas variables de proceso que pueden dividirse en dos grandes grupos:

• Variables físicas: Aquellas relacionadas con las causas físicas que actúansobre un cuerpo, bien sea con su movimiento o con las propiedades físicasde las sustancias. Entre ellas

Peso

Velocidad

Humedad

Punto de rocío

Llama

Oxígeno disuelto

• Variables químicas: Relacionadas con las propiedades químicas de loscuerpos o con su composición. Entre ellas

pH

Redox

Analítica de gases

6.8.1 Variables físicas

6.8.1.1 Peso

El peso de un cuerpo, es la fuerza con la que es atraído por la tierra. La expresión queresume esta definición es la siguiente:

P=m⋅g

Donde:

P: Peso

m: Masa

g: aceleración debida a la gravedad

La masa del cuerpo es siempre constante, pero la aceleración debida a la gravedadpuede oscilar en función de donde nos encontremos, ya que es 9,78 m/s2 en el ecuador y9,83 m/s2 en los polos, con lo cual el peso puede variar según a la altura a la que nosencontremos.

Si la medición se efectúa con una balanza clásica, el peso del objeto se compara conun conjunto de pesos que está sometido a las mismas condiciones de gravedad que elobjeto en cuestión. Otros tipos de básculas se ajustan con pesos patrón, con lo cual losefectos de la gravedad no influyen en la medición.


214

Otro factor que puede influir (en muy pequeña medida) es la diferencia de empujedel aire sobre el cuerpo y sobre el peso patrón.

Existen varios métodos para determinar el peso:

- Comparación con otros pesos (patrones)

- Células de carga a base de galgas extensiométricas

- Células de carga hidráulicas

- Células de carga neumáticas

El método de determinación de pesos por comparación, no se definirá en este anexo,pues casi no tiene aplicación en la industria actual, aunque podemos añadir que formanparte de este grupo las balanzas clásicas y las básculas comunes. Figura 6.50.

Figura 6.50. Balanza Clásica

6.8.1.1.1 Células de carga a base de galgas extensiométricasEl principio consiste en una célula que contiene una pieza de elasticidad conocida,

por ejemplo el acero, cuyo módulo de elasticidad es del orden de los 2,1⋅106 kg/cm2, capazde soportar la carga sin exceder dicho módulo.

Esta célula esta conectada a una galga extensiométrica formada por varias espiras dehilo pegado a un soporte de papel o resina sintética.

Cuando el peso actúa sobre la célula, la tensión sometida hace variar la longitud delhilo metálico, con lo cual varia la resistencia del mismo. Esta resistencia es función delpeso del objeto. La célula incorpora en su electrónica, un puente de Wheatstone paracompensar los efectos de la temperatura, pues las variaciones de temperatura afectan a lamedición.

D

GALGAS

CajaDistribución

Taraje Compensador

Figura 6.51. Célula de Carga a Base de Galgas Extensiométricas


215

En los instrumentos de pesaje se aplican las normas petrológicas de la OrganizaciónInternacional de Metrología Legal que clasifica los aparatos en cuatro categorías:

- Clase I: Precisión Especial

- Clase II: Precisión Fina

- Clase III: Precisión Media

- Clase IV: Precisión Ordinaria

Este tipo de equipos están protegidos contra humedad y polvo y tienen una precisiónde ± 0,2%, y su rango de medición puede oscilar desde los 20 kg hasta las 150 t. Pero sonrelativamente caras.

6.8.1.1.2 Células de carga hidráulicasLa fuerza ejercida por la carga sobre un pistón, presiona un fluido hidráulico. Según

la carga y el área conocida del pistón, se crea una presión que es leída por un manómetro,que refleja indirectamente la carga.

El rango de carga capaz de soportar desde 40 kg hasta 90 t. Son de respuesta rápida(2 seg.), y su precisión es de ± 0,2%. Pueden admitir sobrecargas del 40%, y sonresistentes a vibraciones.

6.8.1.1.3 Células de carga neumáticasSe basan en un transmisor neumático de carga, en el que el peso situado en la

plataforma de carga se compara con el esfuerzo ejercido por un diafragma alimentado auna presión de tarado ajustable. Figura 6.52.

El sistema adopta una presión de equilibrio, y dicha presión es función del peso.

PESOObturadorTobera

Taraje

Regulador dePresión Dif.

Aliment. NeumáticaIndicador

Figura 6.52. Células de Carga Neumáticas

Estas células tienen un menor rango de carga desde 10 kg hasta 10 t. La precisión esdel ± 0,2%. Aunque requieren de aire comprimido.

6.8.1.2 Velocidad

Los instrumentos utilizados en la medición de velocidad, son los tacómetros. Estospueden ser de dos tipos, mecánicos y eléctricos.


216

Los mecánicos detectan el número de vueltas del eje de la máquina por mediosmecánicos, aunque pueden incorporar algún dispositivo eléctricos para determinar eltiempo y así conocer las r.p.m. Por el contrario, los eléctricos, usan dispositivos eléctricospara determinar la velocidad.

Obviaremos el uso de los tacómetros mecánicos, por ser los de menor implantación,y definiremos los tacómetros eléctricos como los siguientes:

- Tacómetro de corrientes parásitas

- Tacómetro de corriente alterna

- Dínamo tacométrica

- Tacómetro de frecuencia

6.8.1.2.1 Tacómetro de corrientes parásitasLa rotación de la máquina, hace girar un imán dentro de una copa de aluminio (Fig.

6.53.). La rotación del imán, induce corrientes parásitas en el aluminio que origina un parresistente proporcional a la velocidad.

Un resorte frena el cabezal del aluminio quedando este en una posición que indica lavelocidad.

Su uso se destina a automóviles, aviación y ferrocarriles, y su rango de medición vadesde las 0 hasta las 15.000 r.p.m.

N

S

Capa de acero

Capa de aluminioImán

Figura 6.53. Tacómetro de Corrientes Parásitas

6.8.1.2.2 Tacómetro de corriente alternaConsiste en un estator bobinado multipolar, donde el rotor dotado de un imán

permanente induce una corriente alterna. Un voltímetro señala la corriente inducida, y porlo tanto el giro en r.p.m.

6.8.1.2.3 Dínamo tacométricaSe basa en un estator de imán permanente y un rotor con entrehierro uniforme. La

tensión continua recogida en las escobillas del rotor es proporcional a la velocidad enr.p.m. de la máquina. precisión alcanza los ±0,5% para velocidades máximas de 6000r.p.m. (Fig. 6.54.).


217

Imán

Permanente

Voltímetro C.C.

Figura 6.54. Dínamo Tacométrica

6.8.1.2.4 Tacómetro de frecuenciaMide la frecuencia de la señal de c.a. captada por transductores del tipo

electromagnético, capacitivo, u óptico, que dan impulsos cuyo número es proporcional a lavelocidad de giro de la máquina.

6.8.1.3 Humedad y punto de rocío

En la industria de procesos, y actualmente en instalaciones medicinales o de altapureza, es de vital importancia el control de humedad y de punto de rocío.

Antes de definir equipos, deberíamos conocer la nomenclatura básica de términos dehumedad y punto de rocío:

• Humedad absoluta: Cantidad de agua en kg por kg de aire seco

• Porcentaje de humedad: Cociente multiplicado por 100 entre la cantidaden kg del vapor de agua contenido en 1 kg de aire seco y la cantidad en kgdel vapor de agua contenida en 1 kg de aire seco si el aire está encondiciones de saturación.

• Humedad relativa: Es el cociente entre la presión parcial del vapor deagua a una temperatura t0 y la presión total del vapor a saturación y a lamisma temperatura t0. Equivale al porcentaje de humedad.

• Temperatura seca: Temperatura del aire medida con un termómetro debulbo seco (contacto directo con la atmósfera).

• Temperatura húmeda: Es la temperatura de equilibrio dinámico alcanzadopor una superficie húmeda cuando se la expone al aire. Puede medirse conun termómetro cuyo bulbo esta sometido a saturación (bulbo húmedo).

• Punto de rocío: Es la temperatura límite a la que el vapor de aguaexistente en el aire o en el gas se condensa pasando a estado líquido.

• Contenido de humedad: Expresado en %.Es la cantidad de agua existenteen las sustancias sólidas por unidad de peso o volumen del sólido. Suelevenir expresado en base seca.


218

• Contenido de humedad comercial: Contenido de humedad expresado enkg de agua por kg del material, al salir este del proceso de secado.

La determinación de la humedad en fluidos y en sólidos se realiza porprocedimientos distintos, esta es la clasificación para aire y gases

• Aire y Gases Elemento de cabello

Bulbo seco/húmedo

Célula de cloruro de litio

Sensor de polímero

6.8.1.3.1 Elemento de cabelloLa humedad provoca una expansión o contracción lineal en materiales como fibras o

cabellos naturales. Figura 6.55.

Prácticamente en desuso su precisión oscila entre ± 3 a ± 5% y su rango va desde los15 hasta los 95 % de humedad relativa.

Elemento higroscópico

Figura 6.55. Elemento de Cabello

6.8.1.3.2 Bulbo seco y bulbo húmedoSe basa en la captación de la temperatura seca y de la temperatura húmeda mediante

dos termómetros de bulbo. A partir de las dos temperaturas obtenidas, se obtiene lahumedad relativa.

Da una gran precisión cuando la H.R. está próxima a la saturación. Para H.R.menores de 20% su precisión es pobre, ya que el agua del bulbo húmedo se incorpora alambiente falseando la medida.

6.8.1.3.3 Célula de cloruro de litioConsiste en una célula sumergida en una solución salina de cloruro de litio con una

rejilla de laminas de oro.


219

La sal varía su resistencia al aumentar o disminuir la humedad ambiental, ya queabsorbe o libera iones de la película soporte.

La humedad relativa, depende de la humedad ambiental y de la temperatura del aire,con lo cual es necesario compensarla.

El rango de medida oscilará en función del recubrimiento de cloruro de litio en lapelícula. A mayor recubrimiento menor campo de medida.

Su uso se restringe para aplicaciones de relativa limpieza y donde el ambiente estélibre de sales, polvos, vapores ácidos, alcalinos etc.

La célula se deteriora en función del paso del tiempo, y debe regenerarseperiódicamente.

6.8.1.3.4 Sensor de polímeroEl principio es similar al de cloruro de litio, salvo que la célula se sustituye por una

rejilla conductora con base de poliestireno (polímero) tratada con acido sulfúrico.

La variación de humedad cambia la resistencia de la superficie del sensor, debido aque el radical sulfato SO4 lobera o absorbe los iones del hidrógeno H+ procedentes de lahumedad del ambiente.

Suelen incorporar compensadores de temperatura, y su rango de trabajo oscila entrelos 30 y 90% H.R.

Por el contrario, los tipos de medidores de humedad para productos sólidos puedendefinirse como los siguientes:

• Sólidos Conductividad

Capacidad

Radiación

6.8.1.3.5 ConductividadEstá basado en la medición de la conductividad del producto, cuando pasa una

corriente a través de unos electrodos en contacto con el mismo Figura 6.56. Los electrodosestán conectados a un puente de Wheatstone, con indicación, control o registro de lahumedad.

Es un sistema fiable, salvo que hay que cuidar la superficie de contacto con loselectrodos, la presión de los mismos.


220

A Electrodos

Figura 6.56. Medidor de Humedad por Conductividad

6.8.1.3.6 CapacidadLos equipos de carácter capacitivo, siempre usan la misma filosofía de trabajo, es

decir la variable que miden va en función de la constante dieléctrica que el productoexperimenta.

En el caso de la humedad la variación de la constante dieléctrica depende de lasvariaciones entre el estado húmedo y el estado seco. Los electrodos constituyen las placasdel condensador, y el dieléctrico es el material del que se quiera medir la humedad. Todoello forma parte de un oscilador de radiofrecuencia cuya salida alimenta un puente demedidas de capacidades.

Son equipos para trabajar con productos con humedades inferiores al 25% y esindependiente de la presión de contacto de los electrodos con los sólidos.

6.8.1.3.7 RadiaciónUna fuente de neutrones de alta energía se dirige contra el material del cual

queremos medir la humedad. Parte de la radiación emitida es reflejada por los átomos dehidrógeno existentes en la molécula del material.

Al estar el hidrógeno asociado químicamente con el agua, es posible determinar lahumedad del producto.

Como todos los equipos de control por radiación, es un sistema caro que requiererevisiones de seguridad.

En la medición del punto de rocío existen otros métodos como los descritos acontinuación:

Cámara de niebla

Célula de cloruro de litio

Analizador de infrarrojos


221

6.8.1.3.8 Cámara de nieblaEn una pequeña cámara manual con una bomba de aspiración que comprime el gas

de muestra. Como es un sistema manual, el operador anota la presión y la temperaturainicial del gas. Seguidamente se comprime el gas a una presión dada, se abre una válvulade escape a la atmósfera y el gas se expande adiabáticamente y baja de temperatura. Estamaniobra se va repitiendo hasta que se genera niebla en la cámara. Se mide la temperaturaque corresponde al punto de rocío.

Es un sistema manual, lo que conlleva un error considerable. Además no permitetransmisiones de señal ni señales eléctricas de alarma. Lógicamente no es valido para eltrabajo en continuo.

6.8.1.3.9 Célula de cloruro de litioConsiste en una solución salina de cloruro de litio impregnada a un manguito que

envuelve a una bobina. Sobre dicho manguito se arrolla un hilo bifilar abierto en unextremo y alimentado a través del secundario de un transformador, con lo que circula unacorriente entre los hilos a través de la solución salina.

El cloruro de litio se mantiene con una humedad relativa del 11% en equilibrio con laatmósfera húmeda. A valores inferiores a 11%, la sal cristaliza y deja de ser conductora.Además la sal es muy higroscópica, con lo cual tiene gran compatibilidad con la humedadambiental. A mayor humedad mayor conductividad, y mas calentamiento en la bobina porla circulación de corriente a través del hilo bifilar.

La célula trabaja idealmente en temperaturas que oscilan entre –30 a 130ºC. Pero esnecesario que los gases de medida estén exentos de vapores de amoníaco, cloro, sal,dióxido de azufre etc.

Como en el caso de la humedad, es necesario limpiar y regenerar periódicamente lacélula.

6.8.1.3.10 Analizador de infrarrojosLa principal característica de los analizadores de infrarrojos, permite medir además

del punto de rocío, gases como el CO2, CO, CH4, C3H8, SO2 y NH3.

La radiación infrarroja es absorbida por estos gases de un modo característico.

Motor

FuenteInfrarroja

Célulacomparación

muestraCélula

Amplificador

Indicador

Registrador

Entrada Salida

Ventana

Figura 6.57. Analizador de Punto de Rocío por Infrarrojos


222

El analizador consiste en una fuente pulsante de infrarrojos, dos células de referenciay otra de muestra a cuyo través pasan las radiaciones infrarrojas y un detector Figura 6.56.

Si la cámara detectora está llena de vapor de agua, la radiación infrarroja esabsorbida proporcionalmente a la concentración de vapor de agua en la célula de gasmuestra, con lo cual disminuye la presión en esta cámara como resultado de la energíaintermedia absorbida.

Si se bloquean las dos radiaciones, una la que pasa por la célula de comparación yotra, la que pasa por la célula de muestra del gas a analizar, no hay variación de presión enla cámara.

Si la célula de referencia contiene un gas no absorbente, tal como el nitrógeno y porla célula muestra, pasa el gas húmedo, la radiación a través del gas muestra, estaráatenuada en la longitud de onda del vapor de agua en el gas mientras que la radiación através del gas patrón nitrógeno permanecerá invariable.

De esta manera se obtiene una presión variable pulsante en el detector; este contienedos cámaras separadas por un diafragma, que convierte los impulsos de presión a una señaleléctrica que será posteriormente tratada.

6.8.1.4 Llama

Dentro del sector de la combustión, es necesario, por seguridad y por normativa,saber cuando existe llama en los quemadores. Si por un casual careciéramos de esteinstrumento, podríamos estar lanzando combustible con el peligro de deflagración oexplosión con el consecuente peligro para las personas y para las instalaciones.

Así pues, a diferencia de los equipos hasta ahora definidos, nos encontramos frente aunos instrumentos de seguridad vital en instalaciones con quemadores.

Hay tres tipos de detectores de llama:

• Detección de calor

• Detección por ionización-rectificación

• Detectores de radiación

6.8.1.4.1 Detección de calorSe usan para este cometido, detectores térmicos (bimetales, termopares, varillas de

dilatación y dispositivos etc.).

Su uso se destina a aplicaciones domésticas.

6.8.1.4.2 Detección por ionización-rectificaciónLa ionización es la base de los detectores de llamas de rectificación. Una tensión

alterna aplicada a dos electrodos colocados dentro de la llama hace circular una pequeñacorriente alterna ya que los gases en la llama están ionizados.

La resistencia de la llama es bastante alta del orden de 250.000 a 150.000.000 Ω, y lacorriente que pasa es del orden de microamperios.


223

Al aplicar una tensión alterna a los electrodos, la corriente circula con mayorfacilidad en un sentido que otro si la superficie activa de uno de los electrodos (superficieexpuesta a la llama) es varias veces mayor que la del otro electrodo. De este modo seobtiene una corriente alterna rectificada, parecida a una corriente continua pulsante, con locual si se presenta un cortocircuito de alta resistencia en los electrodos, se genera unaseñal alterna que es detectada como falsa por el circuito electrónico.

6.8.1.4.3 Detectores por radiaciónSe basan en la radiación de energía que una llama irradia en forma de ondas que

producen luz y calor.

Pueden dividirse en los siguientes tipos:

• Detectores radiación visible: Son de dos tipos, de sulfuro de cadmio yóxido de cesio. El primero consiste en un elemento de sulfuro de cadmioque varía su resistencia de forma inversamente proporcional a laintensidad luminosa, mientras que el segundo consiste en un tubo devacío que contiene un cátodo y un ánodo emitiendo este electronescuando la luz incide sobre su superficie.

• Detectores radiación infrarroja: Emplean una célula de sulfuro de plomocuya resistencia eléctrica decrece al aumentar la intensidad de radiación.La célula de sulfuro de plomo no distingue entre la radiación infrarrojaemitida por los refractarios o por la llama. Pero la electrónica del equipopermite mediante la característica parpadeante de la llama, cancelar elefecto de los refractarios.

• Detectores radiación ultravioleta: Consiste en un tubo que contiene doselectrodos, normalmente de tungsteno. El tubo es de material permeablea la radiación ultravioleta, cuarzo por ejemplo y está lleno de un gasinerte. La principal ventaja de estos detectores de radiación ultravioletaes que son insensibles a las radiaciones infrarrojas y visibles, con lo cualel refractario y el material fundido no afectan a la detección. Son idealespara instalaciones de gas y de fuel-oil.

6.8.1.5 Oxígeno disuelto

Podemos definir el oxígeno disuelto como la cantidad de oxígeno libre en el aguaque no se encuentra combinado ni con el hidrógeno (formando agua) ni con los sólidosexistentes en el agua.

Esta variable, es de vital importancia para la vida marina, y actualmente, con eltrabajo en depuradoras y piscifactorías.

Consiste en una célula polarográfica consiste en un cátodo de aleación oro-plata-platino y un ánodo de plata-cloruro de plata. Ambos sumergidos en una solución salina depotasa y cloruro potásico en agua.

Una fina membrana de teflón permeable a los gases permite la difusión del oxígenoprocedente de la muestra de agua.

Las reacciones químicas en el agua son:

• Cátodo: O2+2H2O+4e- = 4OH-


224

• Ánodo: 4Ag+4ClK = 4ClAg+4K++4e-

• Reacción total: O2+2H2O+4Ag+4ClK = 4ClAg+4KOH

Como para cada molécula de oxígeno que se reduce, entran cuatro electrones en lacélula y cuatro abandonan el ánodo, se obtiene una corriente eléctrica de cátodo a ánodoque es directamente proporcional a la cantidad de oxígeno que pasó a través de lamembrana.

El oxígeno disuelto depende de la temperatura, así que es necesario compensar estamediante termocompensadores que refieran automáticamente la medida a una temperaturaestándar.

La precisión es de ±1% y el campo de medida suele estar en 2 y 25 mg/l o 0-100% desaturación.

6.8.2 Variables químicas

6.8.2.1 pH

El pH, es una medida de la acidez o de la alcalinidad del agua con compuestosquímicos disueltos, su

Su expresión viene dada por el logaritmo de la inversa de la concentración del ión Hexpresada en moles por litro.

+=H

pH 1log

Las medidas prácticas del pH oscilan desde el 0 hasta el 14.

Los dos sistemas principales para la medida del pH son los siguientes:

6.8.2.1.1 Electrodo de vidrioConsiste en un tubo de vidrio cerrado en su parte inferior con una membrana de

vidrio especialmente sensible a los iones hidrógeno del pH.

En la parte interna de esta membrana se encuentra una solución de cloruro tampón depH constante dentro de la cual está inmerso en un hilo de plata recubierto de cloruro deplata.

El mecanismo que permite el electrodo de vidrio mida la concentración de iónhidrógeno no es conocido, pero está establecido que al introducir el electrodo en el líquido,se desarrolla un potencial relacionado directamente con la concentración de ión hidrógenodel líquido. Si la concentración es mayor que la del interior del electrodo, existe unpotencial positivo a través de la punta del electrodo, y si es inferior, todo lo contrario.

Además incluye un electrodo de referencia para compensar las posibles variacionesde potencial debidas a la temperatura, y para medir el potencial variable del electrodo devidrio.


225

6.8.2.1.2 Electrodo de transistorConsiste en un sensor que posee una señal de pH de baja impedancia, lo que le da

una gran fiabilidad. Es prácticamente irrompible y de gran rapidez, además de largaduración.

Tienen una precisión de ±0,25 a ±1% o bien ±0,03 pH

Al incorporar un microprocesador puede incorporar transmisores analógicos yseñales de alarma, así como interfases de comunicación.

6.8.2.2 Redox

Se defina redox, como el potencial de oxidación-reducción de materiales disueltos enagua. Se mide con un metal noble y un electrodo de referencia y es una medida de supotencial electrónico de equilibrio y de su capacidad relativa para reaccionar con otrosmateriales oxidantes o reductores que se puedan añadir al agua.

A diferencia del pH donde su electrodo de vidrio mide los cambios en laconcentración del ión hidrógeno activo, en el redox, el electrodo de metal noble (platino)es sensible a los cambios en la relación entre el agente reductor y el agente oxidante.

De esta manera podemos definir al electrodo de metal noble como electrodo sensiblea los electrones.

Existen tres tipos de electrodos:

• Electrodo de hidrógeno: laboratorio

• Electrodo de plata/cloruro de plata con electrolito 4NClK: Industria

• Electrodo de calomel con electrolito de ClK: Industria

La medida del potencial de oxidación-reducción viene dada por la diferencia depotencial entre el electrodo de metal noble y el de referencia según la fórmula:

)(Re)(ln0 d

OxidnFRTEEORP h −=−=

Donde:

Eh: Potencial de oxidación relativo al electrodo de hidrógeno

E0: Potencial de oxidación del electrodo de referencia relativo al electrodo dehidrógeno

R: Constante de los gases perfectos

T: Temperatura absoluta

n: Número de electrones transferidos

F: Carga de Faraday

(Oxid): Concentración del material en forma oxidante

(Red): Concentración del material en forma reductora

La precisión es del orden de ±1% o de ±2mV.


226

6.8.2.3 Analítica de gases

Hoy en día, la analítica de gases dentro de la ingeniería de procesos es un hechohabitual y necesario. Es frecuente analizar gases en hospitales, petroquímicas ycombustión de humos.

Los sistemas de analítica aprovechan las características químicas de los gases demedición para averiguar los porcentajes de mezcla como la conductibilidad térmica, elparamagnetismo del oxígeno y el coeficiente de absorción infrarroja.

Todos los analizadores, son complejos equipos electrónicos que requieren decalibraciones periódicas de cero y de span, lo que obliga a montar dispositivos con botellasde gas cero (generalmente N2) y gas patrón (botella de gas de muestra).

La electrónica, favorece que integren displays de visualización, comunicacionesmediante buses de campo, transmisión analógica y digital.

Las precisiones irán en función del tipo de equipo, pero como son equiposrelativamente caros acostumbran a ofrecer excelentes relaciones de coste y precisión.

6.8.2.3.1 Conductividad térmicaLos analizadores por conductividad térmica, permiten analizar los siguientes gases:

• Co2-Aire (0-5%)

• O2-Aire (0-16%)

• SO2-Aire (0-3%)

• O2-N2 (0-52%)

• CO2-N2 (0-7%)

• CO2-O2 (0-6%)La determinación de estos contenidos, se basa en las diferentes conductividades

térmicas de dicho gas, cuando se comparan con una célula con el aire u otros posiblesconstituyentes del gas de combustión.

El analizador capta la mezcla mediante métodos externos como bombas deaspiración, se filtra y se pasa a la célula de medida.

La célula contiene un hilo de resistencia calentado eléctricamente y mantenido a unatemperatura ligeramente superior a la de las paredes. La resistencia de dicho hilo esinversamente proporcional a la conductividad del gas que lo rodea.

Las variaciones en la temperatura del gas, y del instrumento se compensan en generalmediante una célula cerrada idéntica de medida de conductividad térmica que contiene airede composición conocida.

La medida efectuada en la práctica es la diferencia de la resistencia de los hilos encontacto con el aire y con el gas de combustión.

Una aplicación de estos analizadores es lo que conocemos como cromatógrafo; esteequipo contiene una columna de separación de los componentes del gas, una toma demuestras, una cámara de temperatura controlada encerrando el detector, y un registradorque marca los picos correspondientes a los componentes.


227

Se inyecta en la columna una cantidad de gas conocida, y esta absorbe en formadistinta a cada uno de los componentes de tal modo que estos avanzan a distinta velocidadllegando uno tras otro al detector de conductividad que compara las conductividadestérmicas entre el gas portador y la mezcla, dando una tensón proporcional a laconcentración de gas correspondiente.

Aunque los cromatógrafos son instrumentos de laboratorio, actualmente empiezan ausarse versiones de proceso para trabajar en ambientes agresivos.

6.8.2.3.2 Analizadores paramagnéticosEl paramagnetismo, es una propiedad que comparten varios gases, como el oxígeno.

Los gases paramagnéticos frente a un campo magnético se magnetizan en mayor o menormedida en función del tipo de gas.

El principio fundamental se basa en una bola suspendida en equilibrio en un campomagnético, que varia de posición cuando el gas paramagnético circula a través de lamisma, porque el oxígeno contenido en el gas absorbe parte de la energía magnéticadisponible en el campo.

El oxígeno circula por dos cámaras idénticas con dos pequeños calefactores; uno deellos está sometido a un fuerte campo magnético, con lo que el oxígeno que esparamagnético desplaza a los otro gases y el elemento calefactor se enfría rápidamente.

De este modo las diferencias de temperaturas medidas con un circuito de puente deWheatstone, son proporcionales a la susceptibilidad magnética del gas, y al ser el oxígenoel único gas paramagnético presente, son también proporcionales al contenido de oxígeno.

6.8.2.3.3 Analizador de infrarrojosTal y como se ha comentado en el apartado de medición de humedad, el analizador

de infrarrojos detecta como distintos gases absorben la radiación de infrarrojos.

Algunos gases como el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno, el cloro y otros casi noabsorben radiación infrarroja, otros como el dióxido de carbono, el monóxido de carbono,del metano, el propano, el dióxido de azufre y el amoniaco lo absorben en cantidadesapreciables para el analizador

El principio de medición está definido en el capitulo de infrarrojos de medidores dehumedad y punto de rocío, teniendo en cuenta que para efectuar mediciones de algún gas,debe llenarse la célula de comparación con un gas no absorbente por ejemplo nitrógeno, yla cámara detectora con el gas a analizar. La radiación infrarroja se interrumpealternativamente hacía la célula de comparación y la célula de muestra. De esta manera laradiación que pasa a través de la cámara de comparación no se atenúa, mientras que la queatraviesa la célula de muestra es absorbida proporcionalmente en función del tipo de gasque circula.


228

6.9 ELEMENTOS FINALES DE CONTROLEn el control automático de los procesos industriales la válvula de control juega un

papel muy importante en el bucle de la regulación. Realiza la función de variar el caudaldel fluido de control que modifica a su vez el caudal de la variable medida comportándosecomo un orificio de área continuamente variable. Dentro del bucle de control tiene tantaimportancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador.

El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y estaprovisto de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quienrealiza la función de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bientener un movimiento rotativo. Esta unido a un vástago que pasa a través de la tapa delcuerpo y que es accionado por el servomotor.

6.9.1 Tipología de válvulasEl cuerpo de la válvula y el movimiento del obturador, determinan los distintos tipos

de válvulas existentes, definidos a continuación:

6.9.1.1 Válvula de globo

Puede ser de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibradorespectivamente. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamañopara que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto, seemplean cuando la presión del fluido es baja y se precisa que las fugas en posición decierre sean mínimas. El cierre estanco se logra con obturadores provistos de una arandelade teflón. En la válvula de doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza dedesequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es menor que enla válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o biencuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre las fugas sonmayores que en una válvula de simple asiento. La imagen siguiente (Fig. 6.58) lasrepresenta.

Figura 6.58. Válvulas de Globo

6.9.1.2 Válvula en ángulo

Esta válvula permite tener un flujo de caudal regular si existen turbulencias y esadecuada para disminuir la erosión cuando esta es considerable por las características delfluido o bien por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para elcontrol de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y paralos fluidos que contienen sólidos en suspensión. Ver Figura 6.59.


229

Este tipo de válvulas se emplea generalmente para mezclar fluidos o bien paraderivar de un flujo de entrada dos de salida, las válvulas de tres vías intervienentípicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.

Figura 6.59. Válvulas en Ángulo

6.9.1.3 Válvula de jaula

Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuadosa las características de caudal deseadas en la válvula. Se caracterizan por el fácildesmontaje del obturador y porque este puede incorporar orificios que permiten eliminarprácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendola estabilidad y el funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado seemplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presióndiferencial. Como el obturador esta contenido dentro de la jaula, la válvula es muyresistente a las vibraciones o al desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de arosde teflón que, con la válvula en posición cerrada, asientan contra la jaula y permiten así uncierre hermético. Figura 6.60.

Figura 6.60. Válvulas de Jaula

6.9.1.4 Válvula de compuerta

Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y quese mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposición es adecuada generalmentepara el control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene laventaja de presentar muy poca resistencia al flujo del fluido cuando esta en posición deapertura total. Ver Figura 6.61.


230

Figura 6.61. Válvulas de Compuerta

6.9.1.5 Válvula en Y

Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada secaracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una grancapacidad de caudal. Posee además, una característica de auto drenaje cuando estainstalada inclinada con un cierto Angulo. Se emplea usualmente en instalacionescriogénicas. (Fig. 6.62.)

Figura 6.62. Válvulas en Y

6.9.1.6 Válvula de cuerpo partido

Esta válvula es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo elcuerpo partido en dos partes entre las cuales esta presionado el asiento. Esta disposiciónpermite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espaciosmuertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industriaalimentaria. (Fig. 6.63.)

Figura 6.63. Válvulas de Cuerpo Partido


231

6.9.1.7 Válvula Saunders

En esta válvula, el obturadores una membrana flexible que a través de un vástagounido a un servomotor, que es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso delfluido. La válvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma oplástico para trabajar con fluidos agresivos. (Fig. 6.64.).

Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Seutiliza principalmente en procesos químicos difíciles, en particular en el manejo de fluidosnegros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendo sólidos en suspensión.

Figura 6.64. Válvulas Saunders

6.9.1.8 Válvulas de compresión

Funciona mediante el pensamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, untubo de goma. Igual que las válvulas de diafragma se caracteriza por que proporciona unoptimo control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejode fluidos negros o corrosivos, viscosos o conteniendo sólidos en suspensión. (Fig. 6.65.)

Figura 6.65. Válvulas de Compresión

6.9.1.9 Válvulas de obturador excéntrico rotativo

Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento excéntricorotativo y que esta unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles.

El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por un vástago conectado aun servomotor. El par de este es reducido gracias al movimiento excéntrico de la caraesférica del obturador. (Fig. 6.66.)

La válvula puede tener un cierre estanco mediante aros de teflón dispuestos en elasiento y se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a las válvulasmariposa y de bola y por su elevada perdida de carga admisible.


232

Figura 6.66. Válvulas de Obturador Excéntrico Rotativo

6.9.1.10 Válvulas de obturador cilíndrico excéntrico

Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. Elcierre hermético se logra con un revestimiento de goma o teflón en la cara del cuerpodonde asienta el obturador. La válvula es de bajo coste y tiene una capacidad relativamentealta. Es adecuada para fluidos corrosivos, y líquidos viscosos o conteniendo sólidos ensuspensión. Figura 6.67.

Figura 6.67 Válvulas de Obturador Cilíndrico Excéntrico

6.9.1.11 Válvulas de mariposa

El cuerpo esta formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmenteun disco circular. La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de gomaempotrado en el cuerpo. Un servomotor exterior acciona el eje del disco y ejerce su parmáximo cuando la válvula esta totalmente abierta, siempre que la presión permanezcaconstante. En la selección de la válvula es importante considerar las presiones diferencialescorrespondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una granfuerza del actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada.

Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos abaja presión.

6.9.1.12 Válvulas de bola

El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturadoren forma de esfera o de bola. La válvula tiene un corte adecuado que fija la curvacaracterística de la válvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior.El cierre hermético se logra mediante un aro de teflón incorporado al cuerpo contra el cualasienta la bola cuando la válvula esta cerrada. En posición de apertura total, la válvulaequivale aproximadamente en tamaño a 75% del tamaño de la tubería. La válvula de bolase emplea principalmente en control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con granporcentaje de sólidos en suspensión.


233

6.9.1.13 Válvula de orificio ajustable

El obturado de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que estaperforada con dos orificios, uno de nitrada y uno de salida y que gira mediante una palancaexterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. El giro del obturador tapaparcial o totalmente las entradas y salidas de la válvula controlando así el caudal. Laválvula incorpora además una tejedera cilíndrica que puede deslizar dentro de la camisagracias a un macho roscado de accionamiento exterior. La tejedera puede así fijarsemanualmente en una posición determinada para limitar el caudal máximo. Figura 6.68.

La válvula es adecuada en los casos en que hay que ajustar manualmente el caudalmáximo del fluido, cuando el caudal puede variar entre limites amplios de formaintermitente o continua y cuando no se requiere un cierre hermético. Se utiliza paracombustibles ganosos o líquidos, vapor, aire comprimido y líquidos en general.

Figura 6.68. Válvulas de Orificio Ajustable

6.9.1.14 Válvulas de flujo axial

Consisten en un diafragma accionado reumáticamente que mueve un pistón, el cual asu vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un materialelastómero. De este modo el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido.Este tipo de válvulas se emplea para gases y es especialmente silencioso. Otra variedad dela válvula de flujo axial es la válvula de manguito, que es accionada por conexión exteriordel manguito a través de un fluido auxiliar a una presión superior a la del propio fluido. Seutiliza también para gases. Figura 6.69.

Figura 6.69. Válvulas de Flujo Axial

6.9.2 Cuerpo de la válvulaEl cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin

perdidas, tener un tamaño adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente a laerosión o a la corrosión producida por el fluido.


234

El cuerpo y las conexiones a la tubería están normalizados de acuerdo con laspresiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI. Figura 6.70.

Cabe señalar los puntos siguientes:

• Las conexiones roscadas se utilizan hasta 2”

• Las bridas pueden ser planas, con resalte, machihembradas,machihembradas con junta de anillo.

• Las conexiones soldadas pueden ser con encaje o con soldadura a tope.Las primeras se emplean para tamaños de válvulas hasta 2” y lassegundas desde 2 ½” hasta tamaños mayores.

Figura 6.70. Conexiones Estándar de Válvulas

El cuerpo suele ser de hierro, acero y acero inoxidable y en casos especiales losmateriales pueden ser de Monel, Hastelloy etc.

Todos los tipos de accesorios de hierro fundido y hierro dúctil y cuerpos de válvulaspara agua, drenaje y otros usos se producen en la Fundición de Hierro.


235

Además, se fabrica fundición especial para diversas aplicaciones. Los accesorios detuberías se vacían en moldes estáticos, en diámetros de 4" a 64" y de 100mm a 1600mm.Varias naves de producción equipadas con maquinaria para fabricar moldes proporcionanlos medios de producción. Un taller de modelos está completamente equipado para lafabricación de modelos de madera y de metal.

El proceso de vaciado se inicia con modelos fabricados de acuerdo con laconfiguración del objeto deseado. La arena de molde mezclada con arcilla o aglutinantesquímicos se compacta alrededor del modelo con equipo especial de apisonado. El modelose dibuja dejando una cavidad con la forma del modelo. Se insertan núcleos moldeadospara la forma interna. Dos mitades de molde se cierran y se vierte hierro fundido dentro dela cavidad del molde. Después de que haya tomado lugar la solidificación, la pieza vaciadase separa de la arena, se limpia y se maquina según se requiera.

El hierro para los accesorios puede ser fundido en frío en tres hornos de inducción de22 toneladas métricas sin núcleo o puede entregarse líquido a la fundición.

Este hierro se controla químicamente para satisfacer los varios niveles de resistenciaque exigen las normas actuales de fabricación.

6.9.3 Tapa de la válvulaLa tapa de la válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo de la válvula al

servomotor. A su través desliza el vástago del obturador accionado por el motor. Estevástago dispone generalmente de un índice que señala en una escala de posición deapertura o de cierre de la válvula.

Para que el fluido no escape a través de la tapa es necesario disponer una caja deempaquetadura entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal debe ser elástica, tenerun bajo coeficiente de rozamiento, ser químicamente inerte y ser un aislante eléctrico, conel fin de no formar un puente galvanizo con el vástago que dé lugar a una corrosión departes de la válvula. La empaquetadura que se utiliza normalmente es de teflón cuyatemperatura máxima de servicio es de 220º C. A temperatura superiores o inferiores a estevalor es necesario o bien emplear otro material o bien alejar la empaquetadura del cuerpode la válvula para que se establezca así un gradiente de temperaturas entre el fluido y laestopa y esta última pueda trabajar satisfactoriamente.

La empaquetadura normal no proporciona un sello perfecto para el fluido, estaempaquetadura suele ser de aros de teflón que es autolubricante y no necesita engrase.Cuando el fluido y las condiciones de servicio no permiten el empleo aislado de teflón seutiliza grafito en forma de filamento, laminado y cinta. En el caso de fluidos corrosivos,tóxicos, radiactivos, o muy valiosos hay que asegurar un cierre total en la estopada. Laestanqueidad lograda es tan perfecta que las posibles fugas sólo pueden detectarse con unespectrómetro de masas.

6.9.4 Partes internas de las válvulas. Obturador y asientos

Como partes internas de la válvula se consideran generalmente las piezas metálicasinternas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son elvástago, la empaquetadura, el collarín de lubricación en la empaquetadura, los anillos deguía del vástago, el obturador y el siento o los asientos.


236

Hay que señalar que el obturador y el asiento constituyen el “Corazón de la Válvula”al controlar el caudal gracias al orificio de paso variable que forman al variar su posiciónrelativa, y que además tienen la misión de cerrar el paso del fluido.

En la selección de dichas partes, intervienen los siguientes factores:

• Materiales normales y especiales aptos para contrarrestar la corrosión, laerosión y el desgaste producidos por el fluido.

• Características del caudal en función de la carrera.

• Tamaño normal o reducido que permite obtener varias capacidades decaudal de la válvula con el mismo tamaño del cuerpo.

6.9.5 Dimensionado de la válvula: Coeficientes Kv y Cv

La gran cantidad de fabricantes de válvulas, ha hecho necesario estandarizar onormalizar el cálculo de las dimensiones de las válvulas, no solo en función del tamaño,sino para unificar el caudal del paso en función de dichos coeficientes.

Estos coeficientes, representan la capacidad de las válvulas de control.

El primer coeficiente que se creó, fue el Cv, que se usó inicialmente en EstadosUnidos. Se puede definir como el caudal de agua en galones USA por minuto que circula através de la válvula en posición completamente abierta y con una pérdida de carga de unalibra por pulgada cuadrada (psi).

En los países europeos, que usen el sistema métrico decimal, se usa el coeficiente Kv,que se puede definir según la norma internacional IEC-534-1987 sobre válvulas de controlde procesos industriales, como el caudal de agua (5-40ºC) en m3/h que pasa a través de laválvula a una apertura dada y con una pérdida de carga de 1 bar (105 Pa o 1,02 bar).

El coeficiente para la válvula completamente abierta se denomina KVS, mientras queel mínimo valor recibe el nombre de KV0. Entonces podemos definir la rangeabilidad orelación de caudales de la válvula como la relación :

0V

VS

KK

La equivalencia entre Kv y Cv, se puede obtener mediante las siguientes expresiones:

KV = 0,86 CV (m3/h)

CV = 1,16 KV (galones por minuto)

6.9.5.1 Fórmula general

Tal y como se ha dicho en la introducción, la válvula de control se comporta comoun orificio de área ajustable, que permite el paso de caudal con su correspondiente pérdidade carga.


237

P1

P2

Figura 6.71. Esquema Presiones en la Válvula

Para determinar la fórmula general, aplicaremos el teorema de Bernouilli en la Figura6.71.

22

22

2

22

1

1

1 VPVP+=+

ρρ

Si suponemos fluidos incompresibles ρ1=ρ2=ρ

Entonces tenemos:

ρ212

12

2 2PP

VV−

=−

Al ser V2 mayor que V1 entonces queda de la siguiente manera:

hPV 222 =∆

=ρ

La forma de la válvula da lugar a una resistencia que disminuye la velocidad:

hPV 222 =∆

=ρ

Donde

β: Coeficiente de resistencia (sin dimensiones).

V: Velocidad del fluido en m/s.

h: Altura de presión entre la entrada y la salida de la válvula en m.

Y comoFVq =


238

Donde:

q: Caudal a través de la válvula en m3/s

F: Sección del orificio de paso en m2

Con todo ello resulta:

smpFhFq /1022 32

ρββ ∆

== (2)

En la que:

∆p: Pérdida de carga en bar a través de la válvula

ρ: Densidad del fluido, en kg/dm3

Según la definición, el coeficiente KV, corresponde al caudal en m3/h para unapérdida de carga ∆p=1bar, y la densidad del agua entre 5 y 40ºC es de 1000 kg/m3 o 1kg/dm3, resulta:

)/(911,50/2003600 33 hmFhmFKV ββ == (3)

Esta fórmula permite determinar el contorno del obturador, ya que relaciona elcaudal en función del área de paso.

Sustituyendo en (2)

)/(

)/(3600

3

3

hmpKQ

smpKq

V

V

ρ

ρ

∆=

∆=

Y de aquí:

)/( 3 hmp

QKV ∆=

ρ

Donde:

Q: Caudal máximo en m3/h

∆p: Pérdida de carga en bar para el caudal máximo

ρ: Densidad del fluido, en kg/dm3 o g/cm3

De la formula (3), se deduce que el coeficiente de la válvula depende del área depaso y de la resistencia de paso del fluido, es decir de características inherentes a laválvula.


239

6.10 CLASIFICACIÓN DE ÁREASA lo largo de esta introducción a la instrumentación industrial, se ha hecho referencia

en repetidas ocasiones de que determinados equipos pueden trabajar en zonas con riesgode explosividad.

Para evitar que explosiones fortuitas puedan dañar la vida humana y el estado de lasinstalaciones, se han tomado ciertas medidas de implantación internacional. Estas medidassuelen afectar principalmente a industrias petroquímicas y químicas. Aunque tambiénpueden aplicarse en industrias donde se generan polvos inflamables (cacao)

6.10.1 DefiniciónPodemos definir una atmósfera explosiva, como aquella susceptible de explotar (el

peligro existe potencialmente) como consecuencia de fallos en la instalación: fugas,roturas, en canalizaciones, variaciones térmicas etc.

La clasificación por zonas, se utiliza para determinar el nivel de seguridad necesariopara el material eléctrico instalados en ambientes explosivos de gas y vapores (EN 60079-10, CEI 60079-10), y en ambientes con polvo inflamable.

Para que se desencadene una explosión han de coincidir 3 elementos (Fig. 6.72.)

Figura 6.72. Elementos Participantes en una Explosión

A: Oxígeno (presente en el aire, es decir siempre)

B: Combustible (Gas, vapores y polvos)

C: Fuente de inflamación (instalaciones eléctricas o fuentes de calor)

Para producir una explosión, no es necesaria una chispa o una llama. El aumento dela temperatura superficial de un aparato puede provocar una explosión si sobrepasa el valorde la temperatura de inflamación del gas que hay en el ambiente.

Al existir posibilidad de inflamarse ambientes tales como gases, vapores oinstalaciones polvorientas, podemos definir las diferencias entre atmósferas gaseosas ypolvorientas.

La atmósfera es la masa volúmica. La de los gases y vapores es alrededor de 1000veces menor que la del polvo. Los gases se dispersan en el aire por convección y pordifusión formando una atmósfera homogénea. El polvo es mucho mas pesado que el aire ytiene tendencia a depositarse mas o menos rápidamente.


240

Las particularidades de una atmósfera explosiva polvorienta se resumen en cuatrocondiciones:

• Polvo inflamable (granulometría <0,3mm)

• La atmósfera debe contener comburente (Generalmente oxígeno inclusoen muy baja cantidad.

• El polvo debe estar en suspensión (La explosión resulta de unacombustión muy rápida del polvo en el oxígeno del aire).

• La concentración del polvo debe estar en el campo explosivo (como reglageneral, el límite inferior de explosividad se sitúa alrededor de 50 g/m3).

6.10.2 Definición de zonas con riesgos de explosión

El objetivo de la clasificación por zonas de una instalación es doble (según ATEX1999/92/CE):

• Precisar las categorías de material utilizado en las zonas indicadas, acondición de que éstas estén adaptadas a los gases, vapores, niebla y/opolvo.

• Clasificar por zonas los emplazamientos peligrosos para evitar las fuentesde inflamación y para realizar una selección correcta de los materialeseléctricos y no-eléctricos. Estas zonas serán establecidas en función de lapresencia de un ambiente explosivo gaseoso o polvoriento.

A continuación se enumeran las distintas zonas de clasificación:

• Grupo I : Material eléctrico destinado a las minas con grisú. (Tabla 6.13.)

• Grupo II: Material eléctrico destinado a lugares sometidos a ambientesexplosivos diferentes a las minas con grisú. (Tabla 6.12.)

Aparatos del Grupo II

Zona Categorías Presencia ambientesexplosivos

Zona 0

Zona 20

Categoría 1G (Gas)

Categoría 1D (Polvo)Permanente, frecuente odurante largos periodos

Zona 1

Zona 21

Categoría 2G (o categoría 1G)

Categoría 2D (o categoría 1D)Intermitente en servicio

normal (probable)

Zona 2

Zona 22

Categoría 3G (o categoría 1G o 2G)

Categoría 3D (o categoría 1D o 2D)Episódico o durante periodos(nunca en servicio normal)

Tabla 6.13. Categorías Grupo II


241

Aparatos del Grupo I

Categorías Presencia ambientes explosivos

Categoría M1 Presencia (metano, polvo)

Categoría M2 Riesgo de presencia (metano, polvo)

Tabla 6.12. Categorías Grupo II

Hay que señalar que la clasificación de una instalación es responsabilidad delusuario. Es decir, debe tratarse cada instalación individualmente y estudiar de que tipo dezona se trata.

6.10.3 Identificación y marcaje

Todos los equipos destinados a trabajar en zona clasificada, sean eléctricos o no,deben llevar una etiqueta identificativa con los siguientes campos (Ver Fig. 6.73.):

0081 Ex II 2G EExd IIC T4

T135ºCIP 652DII

Con

form

idad

a la

s D

irect

ivas

eur

opea

sm

arca

je C

E.

un c

ertif

icad

o C

E.

Nº d

el o

rgan

ism

o no

tific

ado

para

oto

rgar

Mar

caje

Eps

ilon

para

un

mat

eria

l elé

ctric

oo

no-e

léct

rico

en a

mbi

ente

s ex

plos

ivos

Sím

bolo

esp

ecífi

co d

e pr

otec

ción

con

trala

s ex

plos

ione

s pa

ra u

n m

ater

ial e

léct

rico

(EN

500

14) q

ue re

spon

de a

uno

o v

ario

sde

los

mod

os d

e pr

otec

ción

obj

eto

de la

sN

orm

as E

urop

eas

EN

500

15 a

EN

500

28

MODOS DEPROTECCIÓN MATERIAL

GRUPOS DE CLASES DETEMPERATURAS

"q""p""o""n""m""i""e""d" : Revestimiento antideflagrante

: Seguridad aumentada: Seguridad intrínseca "ia" o "ib": Encapsulado: No incendiario: Inmersión en aceite: Sobrepresión interna: Llenado pulverulento EN 50017

EN 50016EN 50015EN 50021EN 50028EN 50020EN 50019EN 50018

II: Industrias de superficie

I: Minas

Categorías de aparatos(G:Gas, D:Polvo)

M1M2

1G o 1D2G o 2D3G o 3D

nubes de polvo)debida a la presencia de

superficie (LimitaciónTemperatura máxima deGrado de protección

(EN 60529) del revestimientopara una clase detemperatura dada.

Ambientes polvorientos

Figura 6.73. Marcaje Etiquetas para Equipos EEx


242

6.10.4 Modos de protecciónLos modos de protección (enumerados en el marcaje de equipos) otorgan una serie

de características especiales a los equipos que incluyen alguno de ellos.

Podemos definir los modos de protección como:

• “d” Revestimiento antideflagrante: Los componentes que pudieraninflamar una atmósfera explosiva son encerrados en una carcasa queresiste la presión desarrollada por una explosión interna de una mezclaexplosiva, y que impide la transmisión de esta explosión hacia laatmósfera explosiva en donde se encuentra la carcasa.

• “e” Seguridad aumentada: Medidas para evitar con un elevadocoeficiente de seguridad, la posibilidad de temperaturas excesivas y laaparición de arcos o chispas en el interior y sobre la parte externa delmaterial eléctrico que no se produce en funcionamiento normal.

• “i” Seguridad intrínseca: Circuito en el que ninguna chispa ni efectotérmico producido en las condiciones de prueba prescritas por la norma(funcionamiento normal y caso de anomalía) es capaz de provocar lainflamación de una atmósfera explosiva dada.

• “m” Encapsulado: Modo de protección en la que aquellos componentesque pudieran causar la inflamación de una atmósfera explosiva a causa dechispas o recalentamientos, son encerrados en un envolvente de maneraque esta atmósfera explosiva no pueda inflamarse.

• “n” No incendiario: Modo de protección eléctrico aplicado a un materialeléctrico de manera que en funcionamiento normal y en ciertascondiciones anormales, no pueda inflamar un ambiente explosivocircundante. Hay 5 categorías de materiales: Sin producción de chispas(nA), producción de chispas (nC), revestimientos con respiración limitada(nR), energía limitada (nL) y recintos con sobrepresión internasimplificada.

• “o” Inmersión en aceite: Material eléctrico sumergido en aceite.

• “p” Sobrepresión interna: Sobrepresión interna, mantenida con relación ala atmósfera con un gas neutro de protección.

• “q” Pulverulento: Carcasa rellena de un material pulverulento.

6.10.5 Clasificación de gases en grupos de explosión

En función del Grupo (I y II) y del tipo de gas, podemos clasificar los gases según sutemperatura de inflamación, y su clase de temperatura. La Tabla 6.14. indica mediante tresletras (A, B y C) que usaremos para completar el marcaje del equipo.


243

Clases de TemperaturasGrupos Gases Temperatura de

Inflamación (ºC) T1 T2 T3 T4 T5 T6

I Metano (grisú)

Acetona 540 •

Ácido acético 485 •

Amoníaco 630 •

Etano 515 •

Cloruro de metilo 556 •

Metano (CH4) 595 •

Óxido de carbono 605 •

Propano 470 •

n-butano 365 •

n-butil 370 •

Sulfuro de hidrógeno 270 •

n-hexano 240 •

Acetaldehído 140 •

Éter etílico 170 •

A

Nitrito de etilo 90 •

Etileno 425 •B

Óxido de etileno 429/440 •

Acetileno 305 •

Sulfuro de carbono 102 •

II

C

Hidrógeno 560 •

Tabla 6.14. Grupos de Explosión de Gases

6.10.6 Clases de temperaturasEs la temperatura mas elevada alcanzada en servicio en las condiciones mas

desfavorables, por toda parte o superficie de un material eléctrico susceptible de provocaruna inflamación de la atmósfera explosiva circundante.

Para el Grupo I, la temperatura debe ser <150ºC o <450ºC, según la acumulación depolvo de carbón en el material.

Para el Grupo II, hay que observar la Tabla 6.15. de temperaturas siguiente:


244

Clase de Temperatura Temperatura máxima desuperficie (ºC)

Temperatura deinflamación (ºC)

T1 450 > 450

T2 300 > 300

T3 200 >200

T4 135 > 135

T5 100 > 100

T6 85 > 85

Tabla 6.15. Clases de Temperaturas

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