INTRODUCCIÓN
Los procesos industriales requieren de acciones de instrumentación y control automático para garantizar su operación adecuada. Para este propósito se requiere conocer el proceso a controlar, perturbaciones y requerimientos de operación. Con base en el conocimiento del sistema se pueden elegir los sensores de medición, actuadores y estrategia de control adecuados. La validación del sistema de control debe hacerse con una metodología estricta a nivel simulación considerando perturbaciones que afecten al sistema, previo a la implementación en tiempo real en el proceso industrial bajo análisis. El control de los procesos se traduce en una economía mayor, en una mejor calidad y en un mayor nivel de seguridad, tanto para los operarios como para las máquinas. La instrumentación en el laboratorio de bioprocesos desempeña un papel fundamental en el monitoreo y control de procesos para desarrollo de experimentos. Las variables para monitoreo y control pueden incluir temperatura, pH, concentración de oxígeno, flujo, presión, nivel, entre otros. La instrumentación no sólo permite la recolección de datos en tiempo real, sino que también facilita la automatización y optimización de los procesos, contribuyendo así a la eficiencia y reproducibilidad de los experimentos. El sistema de tanques de nivel comprende dos tanques en cascada donde se monitorea presión, nivel y flujo, y una bomba centrífuga. Este sistema se compone de un sistema de adquisición de datos y software para monitoreo y control. En las siguientes secciones, se describe el funcionamiento y la instrumentación de este equipo,donde se deberá emplear la norma ANSI/ISA-5.1-2009 de identificación y símbolos paraconstruir un diagrama.
FUNCIONAMIENTO DE LOS TANQUES DE NIVEL
En esta práctica se estudiará la instrumentación del sistema de tanques de nivel para monitoreo y control. El sistema representa aplicaciones tecnológicas en diferentes procesos como suministro de aguas y plantas depuradoras, industria alimentaria, industria de productos de granel, industria química y petroquímica, industria farmacéutica y biotecnología, e industria papelera. El sistema de tanques de nivel está compuesto por dos tanques dispuestos en cascada, donde una bomba centrífuga se encarga de extraer agua del tanque inferior y transferirla al tanque superior. La operación de la bomba está bajo el control de un regulador
gestionado por software, lo que permite ajustar el flujo de agua de manera precisa. A lo largo de la tubería de salida de la bomba, se han instalado sensores de flujo y presión para monitorear continuamente las condiciones del sistema. En el tanque superior, se incorpora un sensor de ultrasonido diseñado para medir el nivel de agua presente en el depósito. Esta tecnología ofrece una medición precisa y no invasiva del nivel de líquido en el tanque superior. La conexión entre los dos tanques se realiza a través de una tubería que incluye una válvula manual (o solenoide), permitiendo un control directo sobre el flujo de agua entre ambos
depósitos. Cerca del tanque superior, se encuentra una válvula de paso que proporciona una regulación adicional en la tubería. Debajo del tanque inferior, se ha instalado una válvula manual de alivio (o de control). Esta válvula tiene la función de liberar o controlar la presión acumulada en el sistema, asegurando un funcionamiento seguro y eficiente del conjunto. En conjunto, estas componentes y dispositivos forman un sistema integral que permite el control, monitoreo y regulación eficiente de los niveles de agua en los tanques.
LAZOS DE CONTROL
Lazo de control de flujo
Componentes: Sensor flujo, bomba centrífuga, control PID, software Labview, hardware para dquisición de datos.
Función: Monitorear el flujo de agua en la tubería del tanque y contralarla con controlador PID. El sensor mide de flujo, transmitiendo la información al sistema de control donde se compara el valor actual con el valor deseado (setpoint) y se emite una acción de control hacia la bomba centrífuga para aumentar o disminuir el flujo.
Lazo de control de presión
Componentes: Sensor presión, bomba centrífuga, control PID, software Labview, hardware para adquisición de datos.
Función: Monitorear la presión de agua en la tubería del tanque y contralarla con controlador PID. El sensor mide de presión, transmitiendo la información al sistema de control donde se compara el valor actual con el valor deseado (setpoint) y se emite una acción de control hacia la bomba centrífuga para aumentar o disminuir la presión.
Lazo de contro de nivel
Componentes: Sensor nivel ultrasónico, bomba centrífuga, control PID, software Labview, hardware para adquisición de datos Función: Monitorear el nivel de agua en el tanque y contralarlo con controlador PID. El sensor mide el nivel de agua, transmitiendo la información al sistema de control donde se compara el valor actual con el valor deseado (setpoint) y se emite una acción de control hacia la bomba centrífuga para aumentar o disminuir el nivel en el tanque.
PRÁCTICA
Objetivo:
Los estudiantes explorarán la instrumentación y control de un sistema de tanques de nivel. El objetivo es construir un diagrama basado en la norma ANSI, identificando y describiendo cada componente en el alzo de control, así como comprender su función y características.
Pasos para la práctica
- Explique el funcionamiento del sistema de tanques de nivel.
- Identifique los lazos de monitoreo y control.
- Describa los instrumentos de cada lazo, identificando su nomenclatura, rangos de operación, rangos eléctricos de conexión, principio de funcionamiento, aplicaciones, ventajas y desventajas. Utilizar documento de Excel “Tabla de características de instrumentos” como guía de elaboración.
- Elabore un bosquejo que represente la disposición espacial de los componentes en el sistema de tanques de nivel. Indique el tipo de conexión entre los elementos.
- Utilizando el bosquejo, desarrolle un diagrama siguiendo la norma ANSI/ISA 5.1. Asegúrese de representar correctamente la interconexión entre bombas, válvulas, sensores, reguladores y otros elementos clave.
- Explique las medidas de seguridad recomendadas para la operación del proceso en presencia de fallas.
- Elaborar el reporte con los elementos solicitados en la unidad de aprendizaje
“Actividad integradora 1”. - Conclusiones.
Figura 1. Bosquejo del sistema de tanques de nivel.
BIBLIOGRAFÍA
- Festo Didactic (2009). Manual de trabajo EduKit PA Kit de Proyecto Automatización de procesos
- Johana Carballo sierra, Diego romero (2011). Tutorial norma ISA S5.1 y diagramas P&ID, universidad tecnológica de bolívar.
- Instituto Tecnológico de Orizaba (2017). Mi Espacio de Instrumentación y Control, https://tolinrc.wixsite.com/miespaciodeinscon/norma-isa