INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN PROFESOR: RICARDO HURTADO RANGEL CONTROL DE PROCESOS II FRÍAS PEREA FRANCO JAVIER HERNÁNDEZ ESTRADA LUIS ALBERTO NAVA CRUZ JESUS ALBERTO SOLANO PÉREZ FERNANDO FIDENCIO VENCES JÍMENEZ LUIS DANIEL CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR GRUPO: 9AM5 CONTROL DE PROCESOS II ÍNDICE OBJETIVO............................................................................................. 3 JUSTIFICACIÓN.....................................................................................3 INTRODUCCIÓN..................................................................................... 4 INTERCAMBIADORES DE CALOR...........................................................4 TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR............................................4 INTERCAMBIADOR DE CONTACTO DIRECTO........................................4 TORRES DE ENFRIAMIENTO...............................................................4 INTERCAMBIADOR DE CONTACTO INDIRECTO.....................................5 INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO TUBOS CONCENTRICOS.................5 INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO TUBOS Y CORAZA..........................6 INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO PLACAS........................................7 INTERCAMBIADOR DE CALOR COMPACTO...........................................7 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO..................................................................9 SELECCIÓN DEL PROCESO.................................................................9 PASTEURIZACIÓN...............................................................................9 TIPOS DE PASTEURIZACIÓN..............................................................9 PROCESO VAT.................................................................................. 9 PROCESO HTST..............................................................................10 PROCESO UHT................................................................................ 10 PROPIEDADES DEL FLUIDO.............................................................11 INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS.........................11 FACTOR DE ENSUCIAMIENTO...........................................................14 NECESIDADES DEL PROCESO...........................................................15 SISTEMA DE CONTROL......................................................................... 16 OBJETIVO DE CONTROL...................................................................16 ESTRATEGIA DE CONTROL EN CASCADA...........................................16 DIAGRAMA DE BLOQUES...................................................................18 1 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR CONTROL DE PROCESOS II NOMENCLATURA............................................................................18 ALGORITMO DE CONTROL...............................................................19 SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN..................................................19 INTERCAMBIADOR DE CALOR.............................................................19 MICROLOGIX 1100 (FC Y TC)...........................................................20 SENSOR TIPO ABRAZADERA ROSEMOUNT 0085 (TT)............................21 NORMAS............................................................................................21 NOM-020-STPS-2011.........................................................................21 EQUIPAMIENTO................................................................................. 22 METROLOGÍA.................................................................................... 22 OBSERVACIONES................................................................................. 23 MEJORAS......................................................................................... 23 COMPARACIÓN DE ESTRATEGIAS DE CONTROL....................................24 CONTROL PRE ALIMENTADO (FEEDFORWARD)..................................24 CONTROL OVERRIDE.......................................................................24 CONCLUSIÓN......................................................................................27 REFERENCIAS.....................................................................................28 2 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR por esta razón se implementa la estrategia de controlen cascada para tratar de mantener una producción constante y evitando perdidas ya que: El control en cascada se utiliza cuando se puede detectar la presencia de una perturbación antes de que tenga un efecto apreciable sobre la variable de salida o variable controlada (perturbaciones a la entrada). evitando que se acumule un error importante. Utiliza la medida de variables internas (auxiliares) para detectar rápidamente el efecto de las perturbaciones e iniciar antes la acción correctora. para el proceso de pasteurización de la leche.CONTROL DE PROCESOS II OBJETIVO Implementar una estrategia de control a partir de los conocimientos adquiridos en el curso de control de procesos ll. 3 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . Para que sea efectiva. específicamente para la etapa de esterilización de esta al pasar por un intercambiador de calor durante 2 segundos. JUSTIFICACIÓN Es de vital importancia mantener la leche a la salida del intercambiador de calor a una temperatura de 75C ya que si se presenta alguna alteración significativa presenta alteraciones tanto físicas como químicas con lo que se tendrá que detener el proceso para realizar limpieza en los equipos lo que produciría grandes pérdidas y retrasos en la producción. Para tener a la salida leche esterilizada a una temperatura de 75C la cual será controlada mediante un control en cascada. la dinámica existente entre la variable auxiliar y la variable manipulada debe ser más rápida que la dinámica entre la variable controlada y la variable auxiliar. mediante aire seco y frío. INTERCAMBIADOR DE CONTACTO DIRECTO. se engloba a todos aquellos dispositivos utilizados para transferir energía de un medio a otro. o simplemente cambiadores de calor. Por consiguiente. El agua caliente puede caer en forma de lluvia y al intercambiar calor con el aire frío. que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente. debido a que el intercambio térmico entre fluidos es uno de los procesos más frecuente e importante en la ingeniería. vaporiza una parte de ella. Las torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor. Este tipo de intercambiador se utiliza naturalmente cuando las dos fases en contacto son mutuamente insolubles y no reaccionan una con otra. cediendo la corriente más caliente directamente su calor a la corriente más fría. no puede utilizarse con sistemas gas-gas. “Un intercambiador de calor es un dispositivo que facilita la transferencia de calor de unacorriente fluida a otra”. En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento de calor las corrientes contactan una con otra íntimamente. sin embargo. que circula por la torre. en lo que sigue se hará referencia única y exclusivamente a la transferencia de energía entre fluidos por conducción y convección. TORRES DE ENFRIAMIENTO. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR.CONTROL DE PROCESOS II INTRODUCCIÓN INTERCAMBIADORES DE CALOR Bajo la denominación general de intercambiadores de calor. eliminándose de la torre en forma de vapor de agua. 4 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . véase Figura 1. A continuación se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de tubos concéntricos o doble tubo. A contracorriente los dos fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos. Véase Figura 2. INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO TUBOS CONCENTRICOS. Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. FIGURA 2. Hay dos posibles configuraciones en cuanto a la dirección de los fluidos: a contracorriente y en paralelo. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. en cambio en paralelo entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido.CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 1. INTERCAMBIADOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS. TORRE DE ENFRIAMIENTO. Están constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. 5 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . INTERCAMBIADOR DE CONTACTO INDIRECTO. FIGURA 3. En los intercambiadores de calor de paso múltiple se utiliza un número par de pasos en el lado del tubo y un paso o más por el lado de la coraza. Se clasifican por el número de veces que pasa el fluido por la coraza y por el número de veces que pasa el fluido por los tubos.CONTROL DE PROCESOS II INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO TUBOS Y CORAZA. FIGURA 4. el intercambiador que hay representado es 1-2. Los tubos que van por dentro de la coraza son colocados mediante una placa deflectora perforada. Está formado por una coraza y por multitud de tubos. INTERCAMBIADOR DE TUBOS Y CORAZA. El intercambiador de calor de coraza y tubos es el más utilizado en la industria. PLACA DETECTORA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. que el fluido circula una vez por la coraza y el que se encuentra en el interior de los tubos pasa dos veces. Así por ejemplo en la última imagen. representada a continuación: 6 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . A continuación se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de coraza y tubos. es decir. Estas placas están separadas por juntas. Cada placa tiene canalizaciones diferentes de fluido que inducen a turbulencia. la cual cosa mejora el intercambio por convección. INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO PLACAS. INTERCAMBIADOR DE PLACAS. Si el fluido frío circula por la parte de delante de la placa.CONTROL DE PROCESOS II Estas placas deflectoras están puestas para generar un flujo cruzado y inducir una mezcla turbulenta en el fluido que va por la coraza. INTERCAMBIADOR DE CALOR COMPACTO. 7 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . y así sucesivamente. hay diferentes tipos de placas que se pueden encontrar en un intercambiador de calor de placas. fijadas en una coraza de acero. FIGURA 5. Un intercambiador de calor de placas consiste en una sucesión de láminas de metal armadas en un bastidor y conectadas de modo que entre la primera y la segunda placa circule un fluido. TIPO DE PLACAS DE UN INTERCAMBIADOR DE PLACAS. En la figura 6. el fluido caliente lo hace por la parte de detrás. FIGURA 6. en paralelo y contracorriente. La circulación de estos fluidos puede tener diferentes configuraciones. entre la segunda y la tercera otro. Esta configuración del flujo recibe el nombre de flujo cruzado. el regenerador del motor Stirling y el pulmón humano. los dos fluidos normalmente se mueven en direcciones ortogonales entre sí. INTERCAMBIADOR DE CALOR COMPACTO. En los intercambiadores compactos. A continuación se muestra una imagen de un intercambiador de calor compacto con flujos a contracorriente y se puede ver su funcionamiento. FIGURA 7. El flujo cruzado se clasifica en mezclado (uno de los dos fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al otro sin restricciones) y no mezclado (se ponen unas placas para guiar el flujo de uno de los fluidos). 8 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . los intercambiadores de calor de cerámica de vidrio de las turbinas de gas. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de los coches.CONTROL DE PROCESOS II Los intercambiadores de calor compactos están diseñados para conseguir una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. las especificaciones del producto dentro del costo y otras restricciones administrativas El proceso de seleccionado tendrá un efecto a largo plazo sobre la eficiencia y la producción. la pasteurización no destruye totalmente las esporas de los microorganismos. sus componentes químicos y sus propiedades organolépticas. es el proceso térmico realizado a líquidos (generalmente alimentos) con el objetivo de reducir los agentes patógenos que puedan contener: bacterias. ni elimina todas las células de microorganismos termofílicos. alterando lo menos posible su estructura física. por esta razón. En la pasteurización. los productos tratados se enfrían rápidamente y se sellan herméticamente con fines de seguridad alimentaria. reduciéndolas a niveles que no causen intoxicaciones alimentarias a los humanos (siempre que el producto pasteurizado se mantenga refrigerado correctamente y que se consuma antes de la fecha de caducidad indicada). protozoos. PASTEURIZACIÓN La pasteurización o pasterización. levaduras. mohos. el objetivo primordial no es la "eliminación completa de los agentes patógenos" sino la disminución sustancial de sus poblaciones. Tras la operación de pasteurización. es básico en la pasteurización el conocimiento del mecanismo de la transferencia de calor en los alimentos. costo y la calidad de los bienes producidos por la empresa. TIPOS DE PASTEURIZACIÓN 9 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . etc. Uno de los objetivos del tratamiento térmico es una "esterilización parcial" de los alimentos líquidos. así como en la flexibilidad. A diferencia de la esterilización.CONTROL DE PROCESOS II DESCRIPCIÓN DEL PROCESO SELECCIÓN DEL PROCESO El objetivo del diseño de procesos es encontrar una manera de producir bienes que cumplan con los requerimientos de los clientes. ya que permite realizar la pasteurización de grandes cantidades de alimento en relativamente poco tiempo. a veces más de 24 horas. y puede rondar los 138 °C durante un período de al menos dos segundos. El proceso consiste en calentar grandes volúmenes de leche en un recipiente estanco a 63 °C durante 30 minutos. también denominadas intercambiador de calor de placas o de forma tubular (PHE). que necesita controles estrictos durante todo el proceso de producción. Por regla general. Para ambos métodos la temperatura es la misma (72 °C durante 15 segundos). Este método es el más aplicado por la industria alimentaria a gran escala. para luego dejar enfriar lentamente. como la leche. Debe pasar mucho tiempo para continuar con el proceso de envasado del producto. la cerveza. es el más conveniente. el alimento se hace circular entre dos placas de metal.CONTROL DE PROCESOS II VAT HTST UHT PROCESO VAT Fue el primer método de pasteurización. ya que expone al alimento a altas temperaturas durante un período breve y además se necesita poco equipamiento industrial para poder realizarlo. reduciendo de esta manera los costes de mantenimiento de equipos. En el proceso de "flujo continuo". los zumos de fruta. PROCESO HTST Este método es el empleado en los líquidos a granel. Existen dos métodos distintos bajo la categoría de pasteurización HTST: en "batch" (o lotes) y en "flujo continuo". aunque la industria alimentaria lo ha ido renovando por otros sistemas más eficaces. 10 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . En el proceso "batch" una gran cantidad de leche se calienta en un recipiente estanco (autoclave industrial). Es un método empleado hoy en día sobre todo por los pequeños productores debido a que es un proceso más sencillo. Entre las desventajas del proceso está la necesidad de contar con personal altamente cualificado para la realización de este trabajo. etc. PROCESO UHT El proceso UHT es de flujo continuo y mantiene la leche a una temperatura superior más alta que la empleada en el proceso HTST. se debe entender que ha sido tratada por el método UHT.CONTROL DE PROCESOS II Debido a este muy breve periodo de exposición. se está investigando la tecnología basada en microondas. FIGURA 8. PROCESO UHT. El reto tecnológico del siglo XXI es poder disminuir lo más posible el período de exposición a altas temperaturas de los alimentos. tal como los zumos de frutas y los zumos de verduras (como el gazpacho). ya que permite períodos de conservación de 10 a 45 días si se almacenan refrigerados a 10 °C. PROPIEDADES DEL FLUIDO Acidez de la leche PH 6. que permite este tipo de efectos (es empleado incluso en carnes).54 ºC 11 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .6 Punto de congelación -0. Este método es muy adecuado para los alimentos líquidos ligeramente ácidos (la acidez se mide con el pH). La leche cuando se etiqueta como "pasteurizada" generalmente se ha tratado con el proceso HTST. por esta razón. se produce una mínima degradación del alimento. disminuyendo el impacto en la degradación de las propiedades organolépticas de los alimentos.4-6. haciendo la transición de altas a bajas temperaturas lo más rápida posible. mientras que la leche etiquetada como "ultrapasteurizada" o simplemente "UHT". 032 INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS Los intercambiadores de placa y armazón consisten en placas estándares. El área se ajusta con facilidad mediante la adición o eliminación de placas. fomenta la turbulencia de los fluidos y asegura la distribución completa del flujo. que sirven como superficies de transferencia de calor y un armazón para su apoyo.3 a 6.CONTROL DE PROCESOS II Punto de ebullición 100. pero también de titanio. Las placas se pueden limpiar y reemplazar con facilidad. níquel. tiene estrías para recibir empaques de goma (elastómero). Hastelloy C. metal monel.05 a 0.5 ºC Densidad de la leche 15 ºC/15 ºC es de 1. El diseño corrugado de las placas les da rigidez. La caída de presión es baja y resulta imposible que haya fugas de fluidos. bronce al fósforo y cuproníquel también están disponibles). Las placas estándares de transferencia de calor (normalmente de acero inoxidable de los tipos 304 y 316. Los miembros de soporte y armazón existen en acero inoxidable recubierto ó acero dulce esmaltados. comprimidas en una pieza simple de material de 1. 12 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .125 plg). Incoloy 825.4 mm (0. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS. 13 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 9. 14 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 10. FIGURA 11. PLACA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS. VISTA REAL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS. Sería erróneo utilizar estos mismos factores. CORRIENTE DEL FLUIDO EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS EMPACADAS. entre placas alternadas. El fluido caliente fluye hacia abajo. a las siguientes características de las placas: 1. Un alto grado de turbulencia en los canales del intercambiador de calor de placas. En un intercambiador de placas la tendencia al ensuciamiento es mucho más baja que en uno de carcasa y tubos. normalmente utilizado en el cálculo de intercambiadores de calor de carcasa y tubos. tiene como finalidad prever un área adicional calculada para compensar la pérdida de rendimiento que en ellos genera el ensuciamiento originado por diseño constructivo. Esto se debe. en el cálculo de intercambiadores de calor de placas (PHE) o espirales (SHE).CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 12. FACTOR DE ENSUCIAMIENTO El factor de ensuciamiento. principalmente. entre placas alternadas y el fluido frío fluye hacia arriba. que también podrían denominarse “resistencia al ensuciamiento”. 15 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . 4. Inexistencia de las zonas de baja velocidad de fluido (espacios muertos) que aparecen en los intercambiadores de carcasa y tubos. la temperatura del metal es baja y se reduce la posibilidad de precipitación de sales. Menor precipitación de sales.5 seg Temperatura de entrada de la leche 20°c Temperatura de salida de la leche 75°c Presión de seguridad 4bar (para evitar evaporización) 16 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CARCASA Y TUBOS. Debido al alto coeficiente de transferencia de calor en la película de fluido próxima a la pared de las placas. Mínima posibilidad de corrosión. NECESIDADES DEL PROCESO Vapor de entrada 148°C Tiempo de proceso 2. 3.CONTROL DE PROCESOS II 2. Consecuencia de la calidad del pulido superficial de las placas. FIGURA 13. donde el intercambiador se alimenta con leche cruda a una temperatura aproximada de 20oC la cual pasa por este durante 2.CONTROL DE PROCESOS II SISTEMA DE CONTROL OBJETIVO DE CONTROL Se utiliza un intercambiador de calor para la parte de esterilización de la leche (para el proceso de pasteurización de la leche). generando grandes pérdidas y retrasos en la producción de leche pasteurizada. Tomando en cuenta esto se explica a continuación por qué no es suficiente un lazo de control cerrado para tener una idea observe la siguiente figura. A continuación se explica la razón del porque se utiliza esta estrategia. ESTRATEGIA DE CONTROL EN CASCADA. la cual se calienta con vapor de agua a 148oC para alcanzar una temperatura de 75oC a la salida para lograr la esterilización de la leche es necesario que a la salida este a esta temperatura ya que si sobre pasa puede perder sus propiedades tanto físicas como químicas y puede coagular la leche y esto provocaría un paro en toda la planta para limpiar los residuos.5 segundos. 17 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . En dado caso que tenga una menor temperatura a la deseada en la salida no se efectúa una esterilización adecuada lo cual puede ocasionar que no cumpla con los estándares de calidad de la leche. algunos de los criterios de selección para el control en cascada es que controle y se tenga el valor instantáneo de la variable de proceso (temperatura a la salida del intercambiador a 75 oC) y que el objetivo de control no se satisfaga con un lazo de control cerrado. El transmisor de flujo manda la señal al controlador de flujo (controlador esclavo) para que este efectué la acción de control antes de que pueda presentar alteraciones a la variable de proceso (temperatura a la salida de intercambiador) y en caso de que exista alguna variación en la temperatura a la salida el transmisor de temperatura manda una señal al controlador de temperatura (control maestro) para que este mande al a controlador esclavo a efectuar la acción de control para que no afecte la variable de proceso. Tomando en cuenta lo anterior se procede a explicar la estrategia de control en cascada la cual satisface nuestro objetivo de control. lo que quiere decir que hay tiempos donde la variable de proceso (temperatura a la salida) está fuera del punto de control. por lo tanto la temperatura a la salida del intercambiador de calor es diferente a 75oC por lo que no se tiene a esa temperatura y esto puede provocar que la leche coagule y provocara paros en la planta. Con la cual se tiene al flujo de vapor de agua como variable manipulada y a la temperatura de salida de intercambiador como variable controlada. El control en lazo cerrado no satisface nuestro objetivo de control ya que su principal desventaja es que corrige una desviación a la salida. solo hasta que se presente el error.CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 14. LAZO SIMPLE DEL CONTROL DE TEMPERATURA. logrando así que en la variable de proceso no haya alteraciones y se mantenga en 75oC con lo cual se logra la correcta 18 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . el flujo es una variable más rápida la cual se controla a partir del controlador esclavo en caso de que hubiese una variación en el flujo de vapor rápidamente. FIGURA 15. DIAGRAMA A BLOQUES DEL CONTROL EN CASCADA. NOMENCLATURA 19 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . DIAGRAMA DE BLOQUES FIGURA 16.CONTROL DE PROCESOS II esterilización de la leche para que pase a la siguiente fase para la pasteurización. Para lograr una mejor compresión se puede observar el diagrama de bloques del control en cascada en la siguiente figura. CONTROL EN CASCADA. Véase el DTI del control en cascada a continuación. : Variable Controlada Maestra V.CONTROL DE PROCESOS II S. T. Me. : SetPoint Local S. : SetPoint Remoto V. P. P. C. M. F. M. P. : Variable Medida Temperatura V. R. R. F. 2: Variable Retroalimentada 2 C. : Variable Controlada Esclavo V. M. M. :Controlador Maestro de Temperatura C. L. : Variable Medida Flujo V. : Variable Manipulada V. C. E. 1: Variable Retroalimentada 1 V. Me. : Válvula de Control 20 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . : Controlador Esclavo de Flujo V. T. R. C. : Variable del Proceso V. La acción integral tiene por objetivo corregir el error permanente que produce la acción proporcional cuando se realizan cambios en las variables de perturbación que afectan al control del intercambiador de calor. integral y derivativa. donde el tiempo de retardo suelen ser grandes cuando se producen cambios en las variables de proceso. la acción derivativa es esencial en procesos de este tipo. Fácil accesibilidad a ambas caras de cada placa. Menores pérdidas caloríficas. SELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN INTERCAMBIADOR DE CALOR Las ventajas de realizar el proceso de pasteurización con intercambiadores de calor de placas con respecto a los intercambiadores tubulares residen en: Menor inversión inicial Menor consumo de auxiliares Menor espacio necesario para la instalación Facilidad de sustituir elementos con la consiguiente ventaja de facilitar las reparaciones y realizar ampliaciones con máxima economía. lo que puede realizarse en el mismo lugar de su emplazamiento. ya que sólo los bordes de las placas están expuestas al ambiente exterior y además de tener pequeños espesores pueden aislarse fácilmente. lo que permite una mejor inspección y limpieza. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS QUASAR Ahorrador de Energía Aumento de tiempo de producción Reducción de parada por mantenimiento Incremento de Vida útil 21 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . por último. por lo que el control debe tener acciones proporcional.CONTROL DE PROCESOS II ALGORITMO DE CONTROL El lazo de control de temperatura suele tener tiempos de respuesta relativamente lento. CONTROL DE PROCESOS II Menor consumo de repuestos EasyClip (Fácil acoplamiento de juntas) Sistema de alineado Alto rendimiento Mejor zona de anclaje y soporte superior FIGURA 17. INTERCAMBIADOR DE PLACAS MICROLOGIX 1100 (FC Y TC) Incluye puerto de Ethernet/IP Permite monitoreo remoto y programación Admite la edición en línea Permite monitoreo y modificación de datos a través de su pantalla. Admite un máximo de 144 puntos de E/S Digitales Compatible con módulos de E/S de expansión pudiendo agregar módulos analógicos 22 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 18. SENSOR TIPO ABRAZADERA ROSEMOUNT 0085 (TT) Sensor no intrusivo Mide temperaturas de -110 ºC hasta 450 ºC Montaje directo o remoto Punta de plata para minimizar resistencia térmica Elementos reemplazables Muelle de compresión Ahorro de ingeniería Opciones de cabezales de acero inoxidable para entornos agresivos FIGURA 19. SENSOR ROSEMOUNT. 23 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . MICROLOGIX 1100 (FC Y TC). CAMPO DE APLICACIÓN La presente Norma Oficial Mexicana rige en todo el territorio nacional y aplica en todos los centros de trabajo en donde funcionen recipientes sujetos a presión. EQUIPAMIENTO CSA Categoría I/2 A. importación.D II/1 E.B.B. Precisar los conceptos fundamentales sobre metrología. En materia de Metrología: Establecer el Sistema General de Unidades de Medida.G III PROTECCIÓN 4X (FT) FM Categoría I/2 A. recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas en los centros de trabajo. verificación y uso delos instrumentos para medir y los patrones de medida.F.F.D II/III/1 E.G /IIC (FT) METROLOGÍA LEY FEDERAL SOBRE METROLOGIA Y NORMALIZACION Esta Ley tiene por objeto. Establecer la obligatoriedad de la medición en transacciones comerciales y de indicar elcontenido neto en los productos envasados. Establecer los requisitos para la fabricación. a fin de prevenir riesgos a los trabajadores y daños en las instalaciones.C. Instituir el Sistema Nacional de Calibración.CONTROL DE PROCESOS II NORMAS NOM-020-STPS-2011 OBJETIVO Establecer los requisitos de seguridad para el funcionamiento de los recipientes sujetos a presión.C. 24 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . venta. recipientes criogénicos y generadores de vapor o calderas. reparación. CONTROL DE PROCESOS II CH.29.004.C.A_48356 25 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . hemos decidido implementar un lazo cerrado de control. DIAGRAMA A BLOQUES DEL CONTROL EN LAZO CERRADO. 26 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . FIGURA 20. debido a esto se implementa el control en lazo cerrado para mejorar las respuestas del sistema. FIGURA 21. Esta implementación se debe a que no siempre se puede garantizar la temperatura de entrada a 20 °C.CONTROL DE PROCESOS II OBSERVACIONES MEJORAS Para garantizar que el flujo de entrada de la leche cruda ingresará a una temperatura de 20° C. MEJORA AL CONTROL DEL PROCESO. el cual permitirá que la leche cruda ingrese en una temperatura aproximada a los 20 °C. esto podría provocar alteraciones y perturbaciones en el control en cascada. Este control mantendrá la temperatura en el valor de referencia deseado. CONTROL PRE-ALIMENTADO. FIGURA 22. corrigiendo los desequilibrios por las perturbaciones no medidas y los errores de cálculo Desventajas con Respecto a un Control en Cascada: No se conoce el valor instantáneo de la variable primaria. como el que se muestra en la figura. Se debe conocer el modelo del procesos Se deben de medir las perturbaciones que afectan más severamente la variable del proceso. Mientras más perturbaciones se midan en el sistema se vuelve más costoso. 27 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . se recalientan las tuberías que están expuestas al calor generado por un incremento en el flujo de combustible. Como no es posible medir todas las perturbaciones se recomienda combinar el feedforward con un feedback. mientras que el caudal de vapor es su variable manipulada.CONTROL DE PROCESOS II COMPARACIÓN DE ESTRATEGIAS DE CONTROL CONTROL PRE ALIMENTADO (FEEDFORWARD) La temperatura de salida es la variable controlada. es necesario evitar que la temperatura de las tuberías alcance valores extremos que la puedan dañar. CONTROL OVERRIDE En un sistema de control de temperatura. para compensar las perturbaciones. el caudal del producto y su temperatura de entrada son sus variables de perturbación. CONTROL DE PROCESOS II FIGURA 23. FIGURA 24. DIAGRAMA A BLOQUES DE UN CONTROL OVERRIDE. Un selector recibe las salidas de los dos controladores y elige a la menor o mayor de estas. DTI DE UN CONTROL OVERRIDE. Desventajas con Respecto a un Control en Cascada: 28 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . la cual va a regular al elemento final de control. y en nuestro proceso no tenemos condiciones extremas para utilizar este selector.CONTROL DE PROCESOS II Se torna más difícil de sintonizar ya que debemos tomar en cuenta las restricciones del proceso. en este caso cada lazo compensa sus perturbaciones y tarda más tiempo en modificar el sistema. En el control en cascada las perturbaciones son compensadas por el lazo secundario. 29 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . En el proceso de transferencia de energía en un intercambiador de calor inciden una serie de variables físicas(temperatura y flujo) que se deben controlar para obtener la respuesta deseada. las cuales no pueden ser anticipadas por los elementos del control.CONTROL DE PROCESOS II CONCLUSIÓN La estrategia de control en cascada es la más adecuada para satisfacer el objetivo de control de nuestro proceso ya que un lazo cerrado no lo satisface y las otras estrategias no se tienen el valor instantáneo de la variable de proceso. sin tener que esperar que la variable controlada presente alguna variación. 30 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR . por lo que toma acciones una vez que estas perturbaciones aparecen. Los controladores de los sistemas de control en cascada son reguladores PID estándar. En este trabajo el control aplicado en el proceso escogido por el equipo es el control en cascada. los elementos que permiten el proceso deben ser administrados mediante un correcto sistema de control que permita optimizarlo. El motivo es que no hay problema si se se produce un offset en el control secundario ya que no es el objetivo del sistema de control. Con frecuencia el controlador secundario es un controlador P o un PI con una acción integral pequeña. no obstante. así como minimizar el impacto de las perturbaciones que puedan presentarse. El esquema de control en cascada es sensible a perturbaciones internas al lazo de retroalimentación. en un sistema de control en cascada hay dos lazos de control que actúan sobre una misma variable manipulable. aspx http://www.html http://www.prelectronics.A.gob.mx/bp/secciones/dgsst/normatividad/130.stps.html 31 EQUIPO # 4 CONTROL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR .pdf http://www.pdf http://pdf.gob.stps.upc. Teoría y Práctica Smith & Corripio Editorial Limusa https://es.com/doc/248514045/Lab-07-Override http://epsem.directindustry.com/media/1184684/Ex-poster-A1_ES.com/eses/brands/rosemount/temperature/high-temperature-profiling-and-nonintrusive-sensors/pipe-clamp-sensor/pages/index.emersonprocess.es/pdf/apv/quasar-intercambiador-calorplacas/5697-90371.pdf http://www2.CONTROL DE PROCESOS II REFERENCIAS Control Avanzado de Procesos Jose Acedo Sanchez Ediciones Díaz de Santos S. Control Automático de Procesos.edu/~intercanviadorsdecalor/castella/intercanviadors_c alor.mx/bp/secciones/dgsst/normatividad/normas/Nom020.scribd.